Назначить и описать метод и средства для контроля (измерения) шероховатости поверхностей

6.1. Контроль шероховатости поверхности 1 производится количествен-ным методом (тип производства детали – мелкосерийное производство, размер внутреннего диаметра поверхности 1 принимаем равным 30 мм). При использовании количественного метода измеряют значение параметров шероховатости с помощью различных приборов. Средство контроля поверхности 1 – профилометр (прибор для определения числовых значений Ra) мод. 283. Принцип действия прибора основан на преобразовании колебаний иглы (алмазная игла, установленная на щупе) с помощью механотронного преобразователя. Игла перемещается по контролируемой поверхности с постоянной скоростью. С механотрона сигнал подается на усилитель, линейный выпрямитель, интегратор и стрелочный показывающий прибор, шкала которого проградуирована в значениях параметра Ra. Профилометр мод. 283 имеет диапазон измерений Ra от 0,02 до 10 мкм, наименьший измеряемый диаметр цилиндра 6 мм при глубине 20 мм и 18 мм при глубине 130 мм [3, с. 184-187; 5, с. 199-203].

6.2. Контроль шероховатости поверхности 2 производится количествен-ным методом (тип производства детали – мелкосерийное производство, размер окружности впадин зубьев зубчатого колеса поверхности 2 принимаем равным 120 мм). Средство контроля поверхности 2 – профилограф-профилометр (прибор для регистрации координат профиля и определения числовых значений параметров шероховатости) мод. 252. Принцип работы прибора основан на ощупывании измеряемой поверхности алмазной иглой с малым радиусом закругления и преобразовании перемещений иглы с помощью различных датчиков в электрические параметры. Диапазон измерений параметра Rz от 0,02 до 250 мкм [3, с. 184-187; 5, с. 199-203].

4. РАСЧЕТ ПОСАДОК ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

Задание выполняется в соответствии с вариантом, приведенным в [6, с.7-8; 7].

Исходные данные [7, с.14, вариант 31, часть 3]:

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

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

- размер подшипника d×D - 15×32 мм;

- радиальная нагрузка, действующая на подшипник, - 2500 Н.

По справочникам [8, с.121] или [9, с.143] находим по двум размерам (d=15 мм и D=32 мм) ширину подшипника (В), радиус закругления колец (r) и условное обозначение подшипника.

Подшипник 7000102: d = 15 мм; D = 32 мм; В = 8 мм; r = 0,5 мм.

1. Устанавливаем вид нагружения каждого кольца подшипника.

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

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

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

где P_R – интенсивность радиальной нагрузки, кН;

F_r – радиальная реакция опоры на подшипник (радиальная реакция опоры на подшипник равна радиальной нагрузке, действующей на подшипник, т.е. в рассматриваемом примере 2500 Н или 2,5 кН), кН;

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

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

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

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

кН/м.

По [10, с.348, табл. 4.90.1] выбираем поле допуска для вала ø15k6 (в таблице нет интервала диаметров d до 18 мм, принимаем интервал «Св. 18 до 80 мм» с допускаемыми значениями P_R - (300-1400) кН/м).

Полное обозначение размера вала .

Выбираем класс точности подшипника – 0.

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

Для посадочного отверстия корпуса редуктора под наружное кольцо подшипника с местным нагружением назначаем поле допуска ø32Н7 (отверстие в корпусе разъемное [10, с.347, табл. 4.89.2]).

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

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

3.1. - внутреннее кольцо подшипника с валом.

3.2. - отверстие корпуса редуктора с наружным кольцом подшипника.

4. Эскизы посадочных мест вала и корпуса.

4.1. Эскиз посадочного места вала.

4.2. Эскиз посадочного места корпуса редуктора.

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

4.3. Обозначение на сборочном чертеже посадок подшипников качения.

4.4. Определяем допуск для знака “отклонение от круглости” (допуск составляет 30% от допуска размера подпункт 4.1).

Тd_15к6 = es – ei = 0.012 – 0,001 = 0,011 мм,

Т_о = 0,3Тd_15к6 = 0,3·0,011 = 0,0033 мм,

где Тd_15к6 – допуск размера ;

Т_о – допуск для знака “отклонение от круглости”.

4.5. Определяем допуск для знака “отклонение профиля продольного сечения” (допуск составляет 60% от допуска размера подпункт 4.1).

Т₌ = 0,6 Тd_15к6 = 0,6·0,011 = 0,0066 мм.

4.6. Допуск для знака “торцовое биение” (подпункт 4.1) принимаем равным допуску для знака “ отклонение профиля продольного сечения ”

Т_↑ = Т₌ = 0,0066 мм.

4.7. Принимаем Т_о = 0,003 мм, Т₌ = Т_↑ = 0,006 мм (подпункт 4.1).

4.8. Определяем допуск для знака “отклонение от круглости” (допуск составляет 30% от допуска размера подпункт 4.2).

TD_32H7 = ES – EI = 0,025 – 0 = 0,025 мм,

Т_о = 0,3TD_32H7 = 0,3·0,025 = 0,0075 мм,

где TD_32H7 – допуск размера .

4.9. Определяем допуск для знака “радиальное биение” размера .

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

Т_↑ = Т_о = 0,0075 мм.

4.10. Принимаем Т_о = 0,007 мм, Т_↑ = 0,007 мм (подпункт 4.2).

5. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ПОСАДОК ШПОНОЧНОГО СОЕДИНЕНИЯ И ЕГО КОНТРОЛЬ

Задание выполняется в соответствии с вариантом, приведенным в [6, с. 9; 7].

Исходные данные [7, с.17, вариант 45, часть 4]:

- чертеж редуктора изображен в [7, рис. 5];

- номер позиции шпонки (обозначение) в [7, рис. 5 – 15];

- номинальный размер соединения (ширина шпонки) – 12 мм;

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

- метод контроля – комплексный.

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

ширина шпонки (b) – 12 мм;

высота шпонки (h) - 8 мм;

интервал размеров вала, соответствующий номинальному размеру шпонки 12х8 мм, - «Св. 38 до 44 мм» (принимаем диаметр вала d = 40 мм);

глубина паза на валу (t₁) – 5 мм;

глубина паза во втулке (t₂) – 3,3 мм;

размер (d - t₁) – 35 мм (предельное отклонение размера – (-0,2) мм [9, с. 719, табл. 3]);

размер (d + t₂) – 43,3 мм (предельное отклонение размера – (+0,2) мм [9, с. 719, табл. 3]);

длину шпонки (l) принимаем равной размеру диаметра вала – 40 мм.

1. Устанавливаем и обосновываем тип шпоночного соединения.

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

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

2.1. Ширина шпонки – 12 [10, с. 273, табл. 4.65].

2.2. Паз вала – 12 [10, с. 273, табл. 4.65].

2.3. Паз втулки – 12 [10, с. 273, табл. 4.65].

Примечание. Для определения верхнего и нижнего отклонений паза втулки с номинальным размером 12 мм необходимо допуск для интервала номинальных размеров «Св. 10 до 18 мм», приведенный в справочнике [2, с. 54, табл. 1.8] и обозначенный IT9, разделить пополам, т.е. ES= + IT9/2, EI= - IT9/2.

2.4. Схема полей допусков.

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

4. Назначаем средства для контроля шпоночного паза вала.

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

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

4.4. Определяем допуск для знаков “отклонение от симметричности” и “отклонение от параллельности” (допуск составляют 60% от допуска размеров и ). Допуск размера TD12JS9 = ES – EI = 0,0215 – (- 0,0215) = 0,043 мм. Допуск размера TD12N9 = ES – EI = 0 – (- 0,043) = 0,043 мм. Допуск для знаков “отклонение от симметричности” и “отклонение от параллельности” Т÷ = Т= = 0,6TD12JS9 = 0,6·0,043 = 0,0258 мм. Принимаем Т÷ = Т= = 0,025 мм (см. чертеж шпоночного соединения).

6. НАЗНАЧЕНИЕ ПОСАДОК ШЛИЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ИХ КОНТРОЛЬ

Задание выполняется в соответствии с вариантом, приведенным в [6, с. 9-11; 7].

Исходные данные [7, с.14, вариант 31, часть 5]:

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

- номер позиции вала со шлицами (обозначение) в [7, рис. 4 – 11];

- размер шлицевого соединения z×d×D по ГОСТ 1139-80 - 8×42×46 мм;

- средства контроля: деталь – вал; метод – комплексный.

По справочнику [10, с. 290, табл. 4.71] определяем, к какому типу соединений относится наше прямобочное шлицевое соединение в зависимости от передаваемого крутящего момента.

8×42×46 – относится к легкой серии, ширина шлица b = 8 мм.

1. Назначаем метод центрирования соединения.

Согласно [7, с.13, рис.4, поз.11] вал предназначен для передачи больших крутящих моментов. По рекомендациям, приведенным в справочнике [10, с.292], выбираем центрирование по боковым поверхностям зубьев (b). Подвижность шлицевого соединения – неподвижное [10, с. 293].

2. Назначаем посадки по центрирующим и нецентрирующим элементам соединения.

Посадка для центрирующих элементов b (по боковой стороне зубьев) - [10, с. 294, табл. 4.74].

Посадка для нецентрирующих элементов D (по наружному диаметру) - [10, с. 293].

Посадка для нецентрирующих элементов d (по внутреннему диаметру) - [10, с. 295, табл. 4.75].

3. Строим схемы расположения полей допусков шлицевых деталей по соединяемым элементам.

3.1. Схема полей допусков для паза и зуба (b).

S_макс = ES – ei = 0,035 – (-0,0075) = 0,0425 мм.

S_мин = EI – es = 0,013 – 0,0075 = 0,0055 мм.

3.2. Схема полей допусков для наружного диаметра вала и отверстия втулки (D).

S_макс = ES – ei = 0,25 – (-0,48) = 0,73 мм.

S_мин = EI – es = 0- (-0,32) = 0,32 мм.

3.3. Схема полей допусков для внутреннего диаметра вала и отверстия (d).

S_макс = ES – ei = 0,16 – (-0,48) = 0,64 мм.

S_мин = EI – es = 0- (-0,32) = 0,32 мм.

4. Вычерчиваем чертеж шлицевого соединения и наносим на нем условное обозначение соединения по ГОСТ 1139-80.

5. Выбираем средства для контроля шлицевого вала

Шлицевые соединения контролируют комплексными проходными калибрами и комплектом непроходных калибров для каждого из элементов шлицевой втулки и шлицевого вала. Контроль шлицевого вала комплексным калибром достаточен в одном положении без перестановки калибра. Вал считается годным, если комплексный калибр-кольцо проходит, а диаметр и толщина зуба не выходят за установленный нижний предел [5, с. 339; 10, с. 296].

Комплексный калибр-кольцо

6. Определяем допуск для знака “отклонение от симметричности” на размеры и (см. чертеж шлицевого соединения).

Допуск размера TD_8F8 = ES – EI = 0,035 – 0,013 = 0,022 мм.

Допуск размера Td_8js7 = es – ei = 0,0075 – (-0,0075) = 0,015 мм.

Допуск для знака “отклонение от симметричности” составляет 60% допуска размера.

Допуск для знака “отклонение от симметричности” размеров 8F8 и 8js7

Т_÷8F8 = 0,6TD_8F8 = 0,6·0,022 ≈ 0,013 мм,

Т_÷8js7 = 0,6Td_8js7 = 0,6·0,015 = 0,009 мм.

7. РАСЧЕТ ТОЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И ИХ КОНТРОЛЬ

Задание выполняется в соответствии с вариантом, приведенным в [6, с.13-16; 7].

Исходные данные [7, с.15, вариант 31, часть 8]:

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

- номер позиции шестерни (обозначение) в [7, рис. 4 – 6],

число зубьев Z₆ = 16;

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

число зубьев Z₇ = 96;

- модуль m = 2 мм;

- угол наклона зубьев β_д = 0º;

- температура колеса t₁ = 35º C;

- температура корпуса t₂ = 20º C;

- окружная скорость V = 15 м/с.

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

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

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

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

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

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

,

где B_w – рабочая ширина венца зубчатого колеса, мм;

β_д – угол наклона зубьев, град.;

m – модуль зубчатого колеса (нормальный), мм.

Рабочую ширину венца зубчатого колеса определяем следующим образом:

в [7, рис.4] указан размер диаметра вала, обозначенный поз.1 (в [7, с.14, вариант 31, часть 1] приведен номинальный размер соединения), – 20 мм;

измеряем линейкой размер вала на чертеже – 11 мм;

находим масштаб чертежа – 20/11;

измеряем линейкой ширину зубчатого колеса поз.6 – 11 мм;

находим истинный размер ширины колеса – B_w=(20/11)·11 = 20 мм.

.

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

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

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

Допуск f’_i зависит от размера делительного диаметра колеса.

Определяем размер делительного диаметра зубчатого колеса

d = m∙Z₇ = 2∙96 = 192 мм.

Допуск на местную кинематическую погрешность колеса для 6 степени точности при m≥1 и d=192 мм равен 20 мкм (f’_i = 20 мкм, т.е. наибольшая разность между местными соседними максимальными и минимальными значениями кинематической погрешности зубчатого колеса за один оборот не должна превышать 20 мкм).

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

Допуск на накопленную погрешность шага зубчатого колеса для 7 степени точности при m≥1 и d=192 мм равен 63 мкм (F_p = 63 мкм, т.е. наибольшая алгебраическая разность значений накопленных погрешностей в пределах зубчатого колеса не должна превышать 63 мкм).

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

Допуск погрешности направления зуба для 7 степени точности при m≥1 и ширине зубчатого венца B_w=20 мм равен 11 мкм (F_β= 11 мкм, т.е. расстояние между двумя ближайшими друг к другу номинальными делительными линиями зуба в торцевом сечении, между которыми размещается действительная делительная линия зуба, соответствующая рабочей ширине зубчатого колеса, не должно превышать 11 мкм).

3. Рассчитываем гарантированный боковой зазор в передаче.

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

j_{n min}= V_см + a_w(α₁Δt₁º - α₂Δt₂º)2sinα,

где V_см – толщина слоя смазочного материала между зубьями, мм;

a_w – межосевое расстояние, мм;

α₁ – температурный коэффициент линейного расширения материала колеса, ºС^-1 (для стального колеса α₁=11,5·10^-6 ºС^-1);

α₂ - температурный коэффициент линейного расширения материала корпуса редуктора, ºС^-1 (для чугунного корпуса α₂=10,5·10^-6 ºС^-1);

Δt₁º - отклонение температуры колеса от 20 ºС;

Δt₂º - отклонение температуры корпуса редуктора от 20 ºС;

α – угол профиля исходного контура, град. (α = 20º).

Толщина слоя смазочного материала в мм определяется по формуле

V_см = (0,01-0,03)m,

где 0,01 – для тихоходных передач;

0,03 – для быстроходных передач.

Принимаем 0,03, так как наша передача скоростная.

V_см = 0,03·2 = 0,06 мм.