Метрология, стандартизация и сертификация: Методические указания по курсу и контрольная работа

Федеральное агентство по образованию

Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ им. В. В. Куйбышева)

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ Методические указания по курсу и контрольная работа для студентов специальности 190 601 «Автомобили и автомобильное хозяйство»

Владивосток 2006

Одобрено научно- методическим советом университета ББК 621 М 54 Метрология, стандартизация и сертификация: Метод. Указания / Сост. Б. В. Леонтьев, А. Н. Сафонова – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2006. – 22 с. Методические указания состоят из двух частей. В первой части методических указаний показаны роль и значение курса « Метрология, стандартизация и сертификация» в подготовке инженера специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство», представлена рабочая программа дисциплины для студентов-заочников. Вторая часть методических указаний посвящена выполнению контрольной работы, даны теоретические предпосылки работы, примеры её выполнения. В разработанных методических указаниях использована работа ст. преп. Старостиной Т. И. 1999 г. Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальности 190 601 «Автомобили и автомобильное хозяйство»

 Б. В. Леонтьев, А. Н. Сафонова, 2006  ДВГТУ, изд-во ДВГТУ, 2006

2

СОДЕРЖАНИЕ

2.1.

2.6. 2.7. 2.8. 2.9.

3.1 3.2. 3.3.

3.4.

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ ….………………………………....4 2. ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ……….…………………...……………5 Основы метрологии……………………………………………………..5 2.2. Точность деталей, узлов и механизмов………………………...……...6 2.3. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений…….6 2.4. Нормирование точности резьбовых соединений…………………..…7 2.5. Взаимозаменяемость, нормирование точности и технические измерения зубчатых передач……………………...……………………7 Размерные цепи……………………………………………..…………..7 Взаимозаменяемость, нормирование точности типовых соединений…………………………………….…….…………………..8 Основы стандартизации…………………………………...……………8 Сертификация. Общие сведения……………………...………………..8 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ………………………………………..…....8 Цель и назначение контрольной работы………………………….…….8 Порядок выполнения работы и требования к ее оформлению…….…9 Назначение (расчет) допусков и посадок гладких цилиндрических соединений…………………………….…………………...…..10 Пример 1. Выбор переходной посадки...………………………………11 Пример 2. Расчёт и выбор посадки с натягом…………………………11 Выбор допусков и посадок вала и отверстия в корпусе для подшипников качения………………………..…………………………15 Пример 3. Выбор подшипниковой посадки…………………………...16 3.5. Выбор посадок метрических резьбовых соединений……..…………17 Пример 4. Выбор резьбовой посадки……………………….………….17 3.6. Выбор универсальных измерительных средств по точностной характеристике измеряемого параметра…………………...…………..19 Пример 5. Выбор универсального измерительного средства.………..19

3

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ Технический уровень и качество машин находятся в прямой зависимости от уровня проектирования, точности изготовления и контроля показателей качества. Высокий уровень проектирования, изготовления и контроля невозможен без использования стандартов - комплекса норм, правил и требований передового опыта, которые разрабатываются на основе достижении науки и техники и предусматривают решения, оптимальные для общества, Учебная дисциплина « Метрология, стандартизация и сертификация» является базовой по отношению к конструкторским, технологическим и организационно-экономическим дисциплинам, равно как и связующим звеном между конструкторскими и технологическими дисциплинами, формирующими специальность инженера-машиностроителя. Курс « Метрология, стандартизация и сертификация» включает в себя комплекс вопросов по основным понятиям и теоретическим основам метрологии, организационным, научным, методическим и правовым основам метрологического обеспечения. Те же аспекты излагаются в отношении стандартизации и сертификации. Кроме того, в дисциплине представлены основополагающие сведения по нормированию параметров геометрической точности деталей машин, их взаимозаменяемости. Изучение дисциплины преследует следующие цели: — освоение основ метрологии в области технических измерений; — ознакомление с принципами современной стандартизации; — осознание роли стандартизации и сертификации при обеспечении высокого качества продукции и защите прав потребителя; — ознакомление с бюрократическими процедурами, пронизывающих процессы стандартизации и сертификации продукции, услуг и систем качества; — приобретение знаний о современной концепции представления точности геометрических параметров деталей машин; — привитие навыков в области представления числовых значения показателей точности нормируемых параметров в технической документации, получение знаний принципов проектирования точности и контроля в машиностроении; — усвоение методик расчета и выбора допусков и посадок типовых соединений деталей машин; — освоение математического аппарата взаимосвязи между точностью сборки машины и точностью элементов машины, между показателями качества и точностью изготовления машин; — приобретение понимания о том, что взаимозаменяемость в современном понятии это организационно-экономические принципы конструирования, производства, контроля и эксплуатации продукции. В результате изучения дисциплины « Метрология, стандартизация и сертификация» студент должен уметь: 4

— назначать рациональные допуски и посадки на типовые соединения деталей машин, задавать на чертежах деталей и соединений точностные требования - условными обозначениями и цифровыми характеристиками; — находить по стандартам на допуски числовые характеристики точности геометрических параметров; — вскрывать и решать подетальные размерные цепи, сборочные размерные цепи методами полной и неполной взаимозаменяемости, групповой взаимозаменяемости, регулирования и пригонки; — выбирать измерительные средства в соответствии со степенями точности (квалитетами) и характером производства: — производить настройку универсальных измерительных средств общего назначения, выполнять измерения линейных ( и угловых) величии, исключать грубые ошибки при измерениях, определять погрешности отдельных измерений и результат ряда измерений; — рассчитывать предельные и исполнительные размеры калибров; студент должен быть знаком: — с выбором комплекса технических условий приемки в соответствии со степенями точности геометрических параметров; — с расчетами вероятности натягов и зазоров, вероятности получения брака при известном взаимном расположении кривой распределения погрешностей и поля допуска; — с научно-методологическими основами стандартизации; — с основными терминами, целями и объектами сертификации, схемами и системами сертификации, процедурами проведения сертификации продукции и аккредитации органов по сертификации и испытательных лабораторий. 2. ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ 2.1. Основы метрологии Взаимосвязь качества и точности. Взаимозаменяемость — общие понятия, категории. Теоретические основы метрологии. Основные понятия, связанные с объектами измерения: свойство, величина, количественные и качественные проявления свойств объектов материального мира. Понятие метрологического обеспечения. Организационные, научные и методические основы метрологического обеспечения. Правовые основы обеспечения единства измерений. Основные положения закона РФ об обеспечении единства измерений. Структура и функции метрологической службы предприятия, организации, учреждения, являющихся юридическими лицами. Измерения в машиностроении. Понятие о погрешностях обработки и измерений. Систематические, случайные и грубые погрешности. Законы распределения случайных величин ( погрешностей). Правило “ шести сигм”. Погрешности измерения и их составляющие. Погрешности схемы измерения, погрешности инструмента, тепловые погрешности и др. Классификация методов и средств измерений. Методика и 5

техника измерений в машиностроении. Исключение грубых погрешностей измерения. Выбор измерительных средств по точностной характеристике. Нахождение допустимой погрешности измерения. Подбор универсального измерительного средства. Определение количества неправильно принятых и неправильно забракованных деталей, принятие решения об использовании производственного допуска или арбитражного контроля. 2.2. Точность деталей, узлов и механизмов Общие принципы ( концепция) по проектированию точностных параметров деталей машин и их числовых значений. Предпочтительные числа, геометрические и арифметические прогрессии, их использование при разработке системы стандартных рядов и допусков. Методы выбора рядов. Ряды значений геометрических параметров. Базовые термины и понятия. Показатели точности — условные и количественные; допуск, номинальный и предельные размеры, предельные отклонения. Соединения деталей машин, посадки. Посадки с гарантированным натягом, с гарантированным зазором, переходные. Определение натягов и зазоров. Параметры геометрической точности изделия. 1. Взаимное расположение поверхностей. Нормируемые параметры, зависимые и независимые допуски, обозначения на чертежах. 2. Размеры. Свободные и сопрягаемые, формообразующие и координирующие, функциональные размеры. 3. Форма поверхностей. Принцип прилегающих поверхностей при представлении погрешностей. Нормируемые параметры. Суммарные и частные отклонения формы. Обозначения на чертежах. 4. Шероховатость поверхности. Количественные критерии различия погрешностей формы, волнистости, и шероховатости поверхности. Параметры шероховатости Ra, R a, R max, S м, t p. Нормирование параметров. Обозначение на чертежах. Контроль шероховатости: визуально сравнением обработанной поверхности с образцами шероховатости; бесконтактным методом — микроскопами светового сечения, микроинтерферометрами; контактным методом — профилометрами и профилографами. 2.3. Нормирование точности гладких цилиндрических соединений Сравнительная характеристика систем ОСТ и ЕСДП: классы точности и квалитеты, единицы допуска, интервалы размеров. Посадки в системах ОСТ и ЕСДП, их построение (в системе ЕСДП — с помощью основного отклонения), обозначение на чертежах. Системы основного отверстия и основного вала. Общая характеристика посадок, область применения и методы сборки. Гладкие калибры. Контроль гладких цилиндрических деталей предельными калибрами. Принципы конструирования калибров. Правила их использования. Типы и виды калибров. Поля допусков калибров и схемы их расположения. Предельные и исполнительные размеры калибров.

6

2.4. Нормирование точности резьбовых соединений Взаимозаменяемость метрических резьб. Геометрические параметры, нормируемые в резьбовых соединениях. Допуски крепежной резьбы общего назначения; посадки с зазором. Диаметральная компенсация погрешностей шага и угла профиля, приведенный средний диаметр резьбы. Резьбовые посадки с натягом и переходные — особенности, область применения, обозначения на чертежах. Контроль резьбы. Комплексный контроль. Резьбовые калибры — типы и виды, допуски и схемы их расположения. Контроль резьбовых калибров. Дифференцированный контроль резьбовых деталей и калибров универсальными средствами: резьбовыми микрометрами, гладкими скобами, методом трех проволочек; на инструментальном микроскопе. 2.5. Взаимозаменяемость, нормирование точности и технические измерения зубчатых передач Характеристика системы нормирования точности зубчатых передач: классификация передач, технические требования к ним. Нормы точности, виды сопряжений. Погрешности цилиндрических зубчатых колес и передач и причин их возникновения. Кинематическая погрешность. Причины, вызывающие кинематическую неточность колес и передач, погрешности, комплексный и дифференцированный контроль. Неплавность работы — причины ее вызывающие, комплексы показателей погрешностей колес и передач, их контроль - комплексный и дифференцированный. Погрешности контакта — причины, их вызывающие при изготовлении колес и в передаче; погрешности. Погрешности вида сопряжений — причины, их вызывающие, комплексы показателей погрешностей, их контроль комплексный и дифференцированный. Выбор и назначение степени точности и вида сопряжения передачи. Норма плавности ( как функция скорости зубчатой передачи) — базовая норма точности. Правила назначения норм кинематической точности и точности контакта. Расчет гарантированного бокового зазора, назначение вида сопряжения. 2.6. Размерные цепи Общие понятия, термины и определения. Элементы размерных цепей. Схемы размерных цепей и обозначение звеньев. Классификация размерных цепей: параллельно-звеньевые, угловые, плоские, пространственные; сборочные и подетальные; простые и взаимосвязанные. Передаточные отношения. Методы решения сборочных размерных цепей. Метод полной взаимозаменяемости. Общая характеристика и область применения пяти методов решения сборочных размерных цепей. Теоретико-вероятностный метод решения размерных цепей. Метод групповой взаимозаменяемости. Метод пригонки. Метод компенсации ( регулирования) — сущность и характеристика, область применения.

7

2.7. Взаимозаменяемость, нормирование точности типовых соединений Нормирование точности подшипников качения. Нормируемые параметры. Особенности подшипниковых посадок: расположение полей допусков наружного и внутреннего диаметров, требования к точности формы и шероховатости. Классы точности подшипников качения. Выбор посадок в зависимости от видов нагружения — местной, циркуляционной и колебательной. Нормирование точности шпоночных и шлицевых соединений. Нормируемые параметры. Особенности использования системы основного вала в шпоночных посадках. Выбор посадок. Контроль элементов шпоночных соединений. Шлицевые соединения. Классификация профилей шлицевых соединений и требования к шлицевым соединениям. Нормируемые элементы шлицевых валов и втулок и взаимное расположение этих элементов. Методы центрирования валов во втулках в зависимости от технологии изготовления деталей соединения. Допуски элементов прямобочного и эвольвентного шлицевых соединений ( допуски размеров, допуски формы и взаимного расположения поверхностей). Условные обозначения на чертежах. Контроль шлицевых деталей — комплексный и дифференцированный. 2.8. Основы стандартизации Стандартизация — общие сведения. История развития и роль стандартизации в повышении качества продукции. Развитие стандартизации на международном, региональном и национальном уровнях. Категории и виды стандартов. Унификация, нормализация, типизация, агрегатирование, стандартизация и их роль в машиностроении. Единые системы стандартизации. Правовые основы стандартизации. Международная организация по стандартизации ( ИСО). Основные положения государственной системы стандартизации ГСС. Научная база стандартизации. Определение оптимального уровня унификации и стандартизации. Государственный контроль и надзор за соблюдением требований государственных стандартов. 2.9. Сертификация. Общие сведения Значение сертификации в современном мире. Цели и объекты сертификации. Термины сертификации Качество продукции и защита потребителя Условия осуществления сертификации. Органы по сертификации и испытательные лаборатории. Сертификация систем качества. 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ 3.1. Цель и назначение контрольной работы Контрольная работа предусмотрена программой обучения студентов 8

специальности 190 601 заочного факультета. Цель и назначение работы заключается в закреплении теории по нормированию точности в машиностроении и приобретении практических навыков по выбору ( расчету) технически обоснованных показателей точности различных поверхностей, типовых сопряжений, отдельных деталей и сборочных единиц. При выполнении контрольной работы следует пользоваться справочной литературой, указанной в конце этого методического пособия, чертежом yзлa. Вся необходимая для выполнения контрольной работы информация содержится в таблицах, помещенных на чертеже узла. 3.2. Порядок выполнения работы и требования к ее оформлению В процессе выполнения контрольной работы необходимо решить нижеследующий перечень вопросов. 1. Назначить технически обоснованные посадки для гладких сопряжений, указанных на чертеже узла ( посадку с натягом необходимо рассчитать), назначить посадки на внутренние и наружные сопряжения подшипников качения; изобразить схемы расположения полей допусков на посадки с зазором, с натягом, переходную и на внутренние и наружные сопряжения подшипников качения; рассчитать максимальные зазоры и максимальные натяги в каждой посадке; на чертеже узла представить условное обозначение посадки по ЕСКД ( квалитет и числовые значения отклонений представить согласно системе ЕСДП СЭВ). 2. Выполнить рабочий чертеж заданной преподавателем детали с указанием условного обозначения полей допусков и числовых значений предельных отклонений размеров, точности взаимного расположения поверхностей, отклонений формы и шероховатости ( чертёж должен соответствовать требованиям ЕСКД). 3. Рассчитать посадку с натягом. 4. Выбрать универсальное измерительное средство для контроля диаметра отверстия или вала рассчитанной посадки. (При нечетной последней цифре зачетной книжки выбор производится для вала, при четной или “0” — для отверстия). Контрольная работа состоит из графической части и пояснительной записки. Графическая часть выполняется на двух листах. Первый лист ( как правило, формата A3) представляет собой фрагмент сборочного чертежа, перечерченный из задания (допускается ксерокопия или компьютерный чертеж – например, выполненный в “ Компасе”). На нем студентом должна быть определена точность всех указанных соединений – простановкой условных обозначений посадок. На втором листе ( допускается формат A4) вычерчивается чертеж заданной детали со всеми требованиями, предъявляемыми рабочему чертежу. В пояснительной записке графические схемы взаимного расположения полей допусков выполняются простым карандашом (при компьютерном наборе – в любом графическом редакторе «Widows»): для посадки с зазором, посадки 9

с натягом, переходной посадки и полей допусков для подшипника качения. Пояснительная записка выполняется на листах белой писчей бумаги формата А4. Текст пишется от руки разборчивым почерком или набирается на компьютере. Пояснительная записка должна содержать титульный лист, оглавление, задание, поясняющий текст, заключение и список использованной литературы. Все необходимые рисунки и схемы должны содержать номер и поясняющую надпись. Таблицы снабжаются порядковым номером и названием. Формулы должны иметь порядковый номер, заключенный в круглые скобки. Все странницы пояснительной записки нумеруются, титульный лист записки является первой страницей ( номер на нем не ставится). Пояснительная записка должна содержать порядка 10 страниц. В пояснительной записке приводится техническое обоснование выбора норм точности для каждого из заданных элементов. Обязательны ссылки на используемую литературу ( порядковый номер источника, помещенного в списке литературы в конце записки, заключается в квадратные скобки, рядом указывается номер используемой таблицы и номер страницы, на которой помещена эта таблица). Все разделы пояснительной записки должны иметь порядковый номер. Например: «1. Выбор посадок на гладкие сопряжения», а его подраздел обозначится «1.1. Выбор посадок с зазором» и т.д. В разделе « Заключение» пояснительной записки приводится сводка окончательно принятых решений по каждому пункту задания и делаются выводы по контрольной работе. При выполнении работы следует учесть, что графическая часть является приложением к пояснительной записке и поэтому в тексте необходимы ссылки на соответствующие чертежи. 3.3. Назначение ( расчет) допусков и посадок гладких цилиндрических соединений При выполнении курсовой работы необходимо назначить посадки для показанных на чертеже гладких сопряжений, исходя из их функционального назначения. Сначала следует, исходя из условий работы механизма, установить вид посадки - с зазором, переходная или с натягом. Затем изучить применение этих посадок по литературным источникам: для посадок с зазором [1, с. 212], [2, с. 62], [3, с. 297]; для переходных посадок [1, с. 220], [2, с. 64] [3, с. 318]; для посадок с натягом [1, с. 222], [2, с. 65], [3, с. 331] и выбрать предпочтительные для рассматриваемого соединения. По основному отклонению и допуску определить второе предельное отклонение, ограничивающее выбранное поле допуска. Поля допусков, разрешенные для применения в ЕСДП СЭВ, установлены СТ СЭВ 144-75 и СТ СЭВ 177-75 [3, табл. 1.16, 1.17, с. 64]. Далее, для назначенных полей допусков, выбрать значения предельных отклонений в соответствии табл. 1.27…1.42 [3]. Пользуясь примерами схем расположения полей допусков, приведённых в начале каждой таблицы, составить схемы полей допусков для рассматриваемых соединений. 10

Предельные размеры сопрягаемых поверхностей и величины зазоров или натягов можно рассчитать по схемам расположения полей допусков. Пример 1. Выбор переходной посадки. Зубчатое колесо должно быть соединено с валом по переходной посадке. По рекомендациям [3, с. 322] принимается посадка Н7/k6. По [3, табл, 1.27] в системе отверстия для поверхности ∅28 в соответствии с полем допуска Н7 определяются предельные отклонения: верхнее +21 мкм, нижнее 0. Для сопрягаемой поверхности вала по посадке k6 в соответствии с табл.1.29 [3] предельные отклонения равны: верхнее +15 мкм, нижнее +2 мкм. Для рассматриваемого соединения посадка на сборочном чертеже обозначается следующим образом: ∅ 28

н 7( + 0 ,021 ) . Схема расположения полей допусков для k 6( ++ 00 ,,015 002 )

сопряжения ∅28Н7/k6 показана на рисунке 3.1.

Рис. З.3.1. Расположение полей допусков посадки ∅ 28Н7/k6

Максимальный натяг в соединении может быть 15 мкм, Минимальный натяг равен -19 мкм; знак “минус” показывает, что это – зазор, равный 19 мкм. Пример 2. Расчёт и выбор посадки с натягом. Посадка с натягом выполняет своё назначение, если при минимальном натяге гарантируется неподвижность соединения, а при максимальном целостность сопрягаемых деталей. При этих условиях сопряжение будет передавать заданную нагрузку ( крутящий момент, осевую силу, либо то и другое вместе), а детали будут выдерживать напряжение, вызываемое натягом, без разрушения. Схема соединения деталей с натягом приведена на рис. 3.3.2. 11

Рис. 3.3.2. Схема соединения детали с гарантированным натягом

Задача состоит в том, чтобы рассчитать натяг и выбрать посадку в системе отверстия для установки зубчатого колеса на валу. (Методика расчета изложена в [1, 4]). Исходные данные: – номинальный диаметр сопряжения dнс = 50 мм; – длина сопряжения l = 40 мм; – наружный диаметр ступицы зубчатого колеса d2 =100 мм; – диаметр осевого отверстия вала d1 = 20 мм; – шероховатость сопрягаемых поверхностей вала и втулки RZ1 = R Z2 = 8 мкм; – материал вала – сталь 45 ( Е1 = 2,0 ·10 11 н/м2; µ 1 = 0,33; σТ1 = 35,3 ⋅1011 н/м2); – материал ступицы зубчатого колеса - бронза ОЦ10-1 ( Е2 = 0,84· 11 10 н/м2; µ2 = 0,33; σТ2 = 35,3 ⋅1011 Н/м2); – крутящий момент, передаваемый сопряжением, Мкр = 10 Н·м; – коэффициент трения f = 0,15. Минимальное удельное давление при действии только крутящего момента определяется по формуле: 2Мкр 2 ⋅ 10 p = = = 4,2 ⋅ 105 Н/м2, 2 − 3 2 − 3 min π ⋅ d ⋅ l ⋅ f 3,14 ⋅ (50 ⋅ 10 ) ⋅ 40⋅ 10 ⋅ 0,15 нс где Мкр – крутящий момент, Н⋅м; dнс – номинальный диаметр соединения, м; l – длина сопряжения, м; f – коэффициент трения. Минимальное удельное давление при действии только осевой силы следует определять по формуле:

p min =

R ос π ⋅ d нс ⋅l⋅ f

где Rос — осевое усилие, Н. 12

,

Минимальное удельное давление при одновременном действии осевой силы и крутящего момента следует определять по формуле:  2 M кр Rос +   d нc π ⋅d нс ⋅l⋅ f 2

p min =

  

2

.

Для того, чтобы найти наименьший натяг Nmin, необходимо определить коэффициенты Ляме (входящие в расчетную формулу Nmin). Коэффициент Ляме для материала вала: d 1+  1 d c1 =  нс d 1−  1  d нс

2

2   20   1+     − µ =  50  − 0 ,3 = 1,08 ; 1 2 2   20  1−     50   

где d1 – диаметр осевого отверстия вала; dнс – номинальный диаметр соединения; µ1 – коэффициент Пуассона для материала вала. Коэффициент Ляме для материала втулки: d 1+  нс d c2 =  2 d 1−  нс d  2

2

 2   50  1+     − µ =  100  + 0 ,33 = 2 ,0 ; 2 2 2   50  1−     100   

где d2 – диаметр наружный диаметр ступицы зубчатого колеса (втулки); dнс – номинальный диаметр соединения; µ2 – коэффициент Пуассона для материала втулки. Далее определяется необходимая величина наименьшего расчётного натяга Nmin: 2 c c   1,08  N min = pmin ⋅ d нс ⋅ 1 + 2  = 4,2 ⋅105 ⋅ 50 ⋅10− 3 ⋅ + = 11 11   E1 E2   2⋅10 0,84⋅10  = 613,2 ⋅10− 9 м ≈ 0,6 мкм,

где Е1 и Е2 – модули упругости материалов вала и втулки, (Н/м2); c1 и c2 – коэффициенты Ляме для материалов вала и втулки. Для определения табличного натяга [Nmin] (натяга, по которому надлежит подобрать посадку) необходимо скорректировать расчётный натяг Nmin, вводя поправки [4, с. 335]: [Nmin] = Nmin + γш + γt + γц + γn = 0,6 + 1,2 (8+ 8) + 0 + 0 + 0 =19,8 ≈ 20 мкм, где γш = 1,2 (RZ1+ RZ2) ≈ 5 (Ra1 + Ra2) – поправка, учитывающая ослабление натяга вследствие смятия микронеровностей в напряженном соединении; 13

γt – поправка, учитывающая разницу температур между температурой сборки деталей и рабочей температурой деталей; γц – поправка, учитывающая ослабление натяга под действием центробежных сил; γп – поправка, компенсирующая уменьшение натяга при повторных запрессовках, определяется опытным путём. Поправка γt ≈ 0, поскольку при небольших и средних скоростях вращения зубчатых колес в передаче небольшой нагрев колес не может существенно влиять на ослабление натяга. Поправка γц ≈ 0, поскольку при небольших массах зубчатых колес центробежные силы пренебрежительно малы. Поправка γп = 0, поскольку разборка соединений с гарантированным натягом и повторные запрессовки необходимо исключить из практики ремонта из соображений техники безопасности. Для нахождения наибольшего натяга необходимо определить максимальное допустимое удельное давление ( рmax), при котором еще отсутствует пластическая деформация. В качестве рmax, берётся наименьшее из двух допустимых значений давления для втулки и вала (Н/м2 ). Максимально допустимое удельное давление для вала: p max1

  d = 0,58 ⋅ σ Т1 ⋅ 1 −  1   d нс 

  

   20  2  7  = 0,58 ⋅ 35 ,3 ⋅ 10 ⋅ 1 −    = 17 ,2 ⋅ 10 7 , 50      

2

где σТ1 – предел текучести материала вала. Максимально допустимое удельное давление для втулки: p max2 = 0,58 ⋅ σ Т2

 d ⋅ 1 −  нс   d2 

  

2

   50  2  7  = 0,58 ⋅ 18 ⋅ 10 ⋅ 1 −    = 7 ,83 ⋅10 7 , 100      

где σТ2 – предел текучести материала втулки. Определяющим является значение Pвт = 7,83⋅107 Н/м2. Максимально возможный натяг определяется ( т. е. при котором еще не наступит разрушение втулки) по формуле: 2,0   c +c   1,08 N max = pmax ⋅ d нс  1 2  = 7,83⋅107 ⋅ 50 ⋅10− 3 + = 11 11   E1 + E2   2,0⋅10 0,84⋅10  = 1143⋅10−7 м ≈ 114 мкм. Табличный максимально допустимый натяг определяется с учетом поправок: [Nmax] = Nmax ⋅γуд + γш = 114 · 0,87 + 19,2 = 118 мкм, где γуд – коэффициент, учитывающий увеличение удельного давления у торцов втулки, зависит от отношения l/d и d1/dнс, [3, рис. 1.68 с. 336]. 14

Чтобы облегчить процедуру поиска посадки, удовлетворяющей заданным условиям, нужно сначала определить квалитет, в котором должна находиться эта посадка. Квалитет посадки следует определить, предварительно рассчитав количество единиц допуска по формуле: Т∆ 118 − 20 = a= = 28 ,95 ≈ 30 , 3 2 0,45 3 d нс + 0,001 d нс 2 0,45 50 + 0,001 ⋅50

(

) (

)

где Т∆ – допуск посадки, Т∆ = [Nmax] - [Nmin]. Поскольку в подавляющем большинство случаев отдается предпочтение посадкам в системе основного отверстия, для отверстия назначается поле допуска H8, у которого нижнее отклонение EI = 0, а верхнее ES = +39 мкм [4, табл. 1.27, с. 79]. Допустимые нижнее и верхнее отклонения размера вала: ei допуст. = ES + Nmin = 39 + 20 = 59 мкм; es допуст. = EI + Nmax = 0 + 118 = 118 мкм. По табл. 1.30 [4, с. 92] ищем подходящее поле допуска вала, укладывающееся в намеченный “ коридор” (рис. 3.3.3). Им оказывается поле допуска +0,109 ∅ 50u8( +0,07 ) . Таким образом, посадка, удовлетворяющая расчетным данным – ∅ 50

H 8( +0,039 ) u8( ++0,109 0,07 )

.

Рис. 3.3.3. Схема расположения допусков посадки ∅50 Н8/u8

3.4. Выбор допусков и посадок вала и отверстия в корпусе для подшипников качения Основные размеры подшипников регламентированы СТ СЭВ 402-76. Показатели точности подшипников и обозначения классов точности и величины отклонений размеров приведены в СТ СЭВ 774-77. Предельные отклонения размеров валов и отверстий в корпусах определяются общим стандартом на допуски гладких цилиндрических соединений СТ СЭВ 145-75. Выбор класса точности подшипника качения следует производить в соответствии с требованиями, предъявляемыми к подшипниковому узлу [1, с. 15

232; 4, с. 281]. Поля допусков в сопряжениях валов и корпусов с подшипниками выбираются в зависимости от характера соединения, например, по таблицам 4.93 и 4.94 [4]. Пример обозначения подшипниковых посадок приведен на рисунке 9.14 [1]. Выбор посадки зависит от вида нагружения колец подшипника. Исходя из анализа чертежа, необходимо определить виды нагружения внутреннего и наружного колец. Пример 3. Выбор подшипниковой посадки. Внутренний диаметр кольца d = 25 мм, наружный диаметр кольца D = 52 мм. Внутреннее кольцо подшипника имеет циркуляционное нагружение, наружное кольцо - местное. Для “рядового” механизма можно принять подшипник класса точности P0, средней серии. Согласно таблице 4.89 [4] при вращающемся вале, местном нагружении наружного кольца и нормальном режиме работы принимается поле допуска в корпусе под наружное кольцо Н7. Поле допуска под внутреннее кольцо выбирается из таблицы 4.94 [4]. Для принятых условий работы при d = 25 мм следует принять поле допуска для поверхности вала k6. Затем строятся схемы расположения полей допусков, Для этого определяются отклонения наружного и внутреннего колец подшипника по ГОСТ 520-71 [1, табл. 4.82, 4.83]. Отклонения наружного кольца: верхнее 0, нижнее -13 мкм, отклонения внутреннего кольца: верхнее 0, нижнее отклонение -10 мкм. Отклонение вала и отверстия корпуса находим в соответствии СТ СЭВ 144-75 [3, табл. 1.8, 1.29]. Для вала основное нижнее отклонение по k6 будет равно + 2 мкм, верхнее + 15 мкм, а для отверстия величина нижнего отклонения по Н7 равна 0, верхнего отклонения равна +30 мкм. Для полученных величин отклонений построена схема расположения нолей допусков (рис. 3.4.1).

Рис. 3.4.1. Поля допусков колец подшипников, вала и отверстия корпуса

16

Схемы расположения полей допусков приводятся в пояснительной записке, где указываются предельные величины зазоров и натягов в соединениях, затем на чертеже узла проставляются посадки колец подшипника. Для рассматриваемого случая, в соединении внутреннего кольца с валом ∅ 25 k6, в соединении наружного кольца с корпусом — ∅ 52Н7. 3.5. Выбор посадок метрических резьбовых соединений Применение метрической резьбы регламентируется ГОСТ 9000 -73, ГОСТ 8424-58, СТ СЭВ 181-75 и СТ СЭВ 640-77. В табл. 4.22 и 4.23 [4] приведены рекомендуемые к применению резьбы и их номинальные размеры с учётом рядов предпочтительности. Размеры среднего и внутреннего диаметра определяются по табл. 4.24. Длина свинчивания резьбы зависит от эксплуатационных требований, она определяется по чертежу с учетом масштаба. Основные отклонения и поля допусков назначаются в зависимости от требуемого вида посадки: с зазором, переходной или с натягом. Для посадок с зазором предусмотрены основные отклонения по « d» (наружному диаметру болта) - g, h, f, e, d; no «D» (наружному размеру гайки) Н, G, F, E. Сочетания основных отклонений по d и D образуют посадки с зазором. Рекомендуемые поля допусков приведены в табл. 4.28.[4]. Основные отклонения определяют верхнее отклонение для d и нижнее отклонение для D. Второе предельное отклонение характеризуется степенью точности резьбы. Стандартами установлены степени точности с 3 по 10 [1, гл. 12]. Сочетание основного отклонения с допуском по принятой степени точности резьбы образует поле допуска. Рекомендации по выбору степени точности и посадок приведены в учебнике [2, с.283…285]. Основные параметры резьбы с натягом и с переходными посадками, кроме d2 ( средний диаметр болта), устанавливаютcя по СТ СЭВ 306-76 и СТ СЭВ 640-77. Для d2 установлены 2- я и 3- я степени точности, для D2 (средний диаметр гайки) — 2- я степень точности с основными отклонениями n, p. r. В резьбе с переходными посадками по d2 применяются 2- я и 4- я степени точности, а по D2 — 3-я, 4-я и 5-я степени точности. Пример 4. Выбор резьбовой посадки. Следует выбрать посадку на крепежное резьбовое соединение Ml6. Так как резьба крепежная, то шаг такой резьбы будет крупным и равен р = 2. По функциональному назначению резьба имеет посадку с зазором. Для резьбы общего назначения следует принять средний класс точности. Размеры среднего и внутреннего диаметров определяются по табл. 4.24 [4]; d2 = D2 = 14,701 мм, d1 = D2 = 13,835 мм. Поля допусков ( с учетом предпочтительных полей допусков) выбираются по таблице 4.28 [4]: болта — 6 g, гайки — 6 Н. Таким образом, резьбовое соединение обозначается M16 -

6H . Схема расположения 6g

полей допусков для данного резьбового соединении показана на рисунке 3.5.1.

17

18

3.6. Выбор универсальных измерительных средств по точностной характеристике измеряемого параметра Правильное назначение универсального измерительного средства играет очень большую роль при производстве ( ремонте) деталей машин. Слишком “грубый” инструмент дает существенно неверную информацию, касающуюся аттестации изготовленной детали. Чрезмерно точный прибор повышает стоимость работ, поскольку, во-первых, сам стоит дорого, а, во-вторых требует высокой квалификации как рабочего, так и контролера ОТК. С другой стороны, любой измерительный инструмент не даст стопроцентной гарантии в том, что среди проверенных деталей не окажется неправильно принятых и неправильно забракованных. Поэтому (вследствие важности вопроса и его относительной сложности) методика подбора измерительных средств по точностной характеристике измеряемого размера регламентирована отдельным стандартом СТ СЭВ 30376. Пример 5. Выбор универсального измерительного средства. Необходимо подобрать универсальные измерительные средства для деталей посадки ∅40

H 10 (+0 ,1 ) h 9 (−0 ,062 )

.

Для отверстия ∅40 H10 ( +0,1) с допуском IT 10 = 100 мкм по таблице 3.1 [5, с. 206] определятся допускаемая погрешность измерения для размеров от 30 до 50 мм: δ = ± 20 мкм. В качестве измерительного средства для отверстия по таблице 3.4 [5, с. 224] выбирается нутромер индикаторный ( ГОСТ 868-72) с ценой деления 0,01 мм и следующие условия измерения: — используемое перемещение измерительного стержня - весь диапазон; — средство установки - концевые меры длины 4- го класса точности с боковиками; — температурный режим 5° С. При этом погрешность измерения δфакт. = ± 20 мкм, а относительная погрешность измерения: δ факт . 20 AМЕТ ( σ ) = ⋅100 = ⋅100 = 666 , %. 3 ⋅ IT 3100 ⋅ Число неправильно аттестованных деталей определяется по таблице 3.2 [5, с. 212]: число неправильно принятых деталей m ≈ 2,4 %, неправильно забракованных n ≈ 3,2 % и выход неправильно принятых деталей за границу поля допуска составляет с ≈ 0,08⋅Т ≈ 8 мкм. Все эти величины чрезмерно велики. Поэтому следует ввести производственный допуск. Поскольку точность технологического процесса по изготовлению деталей неизвестна, смещение приемочных границ составит δ/2. Тогда: 19

ES пр = ES - δ/2 = 100 - 10 = 90 мкм; EI пр = EI + δ/2 = 0 + 10 = 10 мкм. Следовательно, на операционном эскизе исполняемый размер следует +0 ,09

задать как ∅ 40 + 0 ,01 . Для вала ∅40 h9 ( -0,062) с допуском IT9 = 62 мкм по таблице 3.1 [5, с. 206] определяется допускаемая погрешность измерения для размеров от 30 до 50 мм: δ = ± 16 мкм. В качестве измерительного средства для вала по таблице 3.3 [5, с. 219] выбирается микрометр гладкий ( ГОСТ 6507-78) с ценой деления 0,01 мм и следующие условия измерения: — используемое перемещение измерительного стержня - весь диапазон; — микрометр находится в руках оператора, но с обязательной теплоизоляцией; — средство установки — установочная мера длины из комплекта прибора; — температурный режим 5° С. При этом погрешность измерения δфакт. = ± 10 мкм, а относительная погрешность измерения: δ факт . 10 AМЕТ ()σ = ⋅100 = ⋅100 = 54,% . 3 ⋅ IT 3 ⋅ 62 Число неправильно принятых деталей m ≈ 2 %, неправильно забракованных n ≈ 2,5 % и выход неправильно принятых деталей за границу поля допуска с ≈ 0,07⋅Т ≈ 4,4 мкм [5, табл. 3.2, с. 212]. Все эти величины чрезмерно велики. Поэтому следует ввести производственный допуск. Поскольку точность технологического процесса по изготовлению деталей неизвестна, смещение приемочных границ составит δ/2. Тогда: es пр = es - δ/2 = 0 - 5 = - 5 мкм; ei пр = ei + δ/2 = - 62 + 5 = - 57 мкм. Следовательно, на операционном эскизе исполняемый размер следует −0 ,005 задать как ∅ 40 −0 ,057 .

20

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения: Учебник / А. И. Якушев, Л. Н. Воронцов, Н. М. Федотов. - 6- е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. - 352 с.: ил. 2. Марков Н. Н., Осипов В. В., Шабалина М. Б. Нормирование точности в машиностроении: Учебник / под ред. Ю. М. Соломенцева. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк.; Изд. центр «Академия», 2001. - 335 с.: ил. 3. Допуски и посадки: Справочник. В 2- х ч. Ч. 1. / В. Д. Мягков, М. А. Палей, А. Б. Романов, В. А. Брагинский. - 6- е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отделение, 1982. - 543 с.: ил. 4. Допуски и посадки: Справочник. В 2- х ч. Ч. 2. / В. Д. Мягков, М. А. Палей, А. Б. Романов, В. А. Брагинский. - 6- е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отделение 1983. - 448 с.: ил. 5. Кутай А. К., Романов А. Б., Рубинов А. Д. Справочник контрольного мастера / под ред. Кутая А. К., - Л.: Лениздат, 1980. - 304 с.: ил. 6. Справочник контролера машиностроительного завода. Допуски, посадки, линейные измерения. / А. Н. Виноградов, Ю. А. Воробьев, Л. Н. Воронцов и др.; под ред. А. И. Якушева. - 3- е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1980. - 527 с.: ил. - (Серия справочников для рабочих).

Резание металлов Методические указания Составитель Б. В. Леонтьев Корректор Н. Гибизова Техн. редактор Н. М. Белохонова Подписано в печать . Формат 60×84/16 Усл. печ. л. 1,63 Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ . Издательство ДВГТУ, 690950, Владивосток, Пушкинская 10 Типография издательства ДВГТУ, 690950, Владивосток, Пушкинская 10

21