Методические рекомендации по выполнению отдельных разделов

Технологический контроль чертежа детали.

Анализируя деталь, студент должен сопоставить её со стандарт­ными унифицированными или оригинальными конст­руктивными решениями. При этом необходимо учитывать совокупность конструктивных элементов детали: образующих линий и поверхностей; взаимного расположения поверхностей, осей; наличие внутренних отверстий, полостей и др.; требования к точности; контролепригодность параметров точности и в итоге сделать предложения по методам и средствам формообразования поверхностей, а также методам и средствам контроля.

Анализ и корректировку требований выполняют по группам параметров в следующей последовательности:

– размеры элемента поверхности (линейные, диаметральные, угловые) и их точность;

– форма поверхностей (цилиндричность, круглость, прямолинейность, плоскостность);

– относительное расположение поверхностей детали (параллельность, перпендикулярность, симметричность, соосность и др; радиальное и торцевое биения);

– шероховатость поверхностного слоя (Ra, Rz);

– физико-механические свойства поверхностного слоя.

Выявленные неточные или неправильные формулировки корректируются, а недостающие требования формулируются заново. Все требования должны быть обоснованы и соответствовать стандартам ЕСКД по оформлению конструкторской документации.

Оценка технологичности конструкции детали производится количественными и качественными показателями. Для количественной оценки технологичности конструкции изделия применяют показатели, предусмотренные ГОСТ 14.201-83. Основные из них: трудоемкость, материалоемкость, унификация элементов детали, требования к точности и качеству поверхностей.

Порядок проведения анализа технических требований к детали и ее технологичности (качественная оценка) подробно изложен [1]:

· валов (стр. 19…23; 27);

· втулок и цилиндров (стр. 23…24; 27);

· дисков, фланцев и барабанов (стр. 24…25; 27);

· зубчатых колес (стр. 25; 27);

· корпусных деталей (стр. 25…27).

Пример 1.

Разработка чертежа детали и нормирование технических требований

Исходные данные Шестерня
материал детали _Сталь 18 ХГТ___ Цементировать h 0,8...1,2 мм; HRCэ 57...64. модуль 2 число зубьев 42 Исходный контур ГОСТ 13755 – 81 Степень точности 7-8-7 Ba ГОСТ 1643-81 Частота вращения 1000…1500 мин-1 Отверстие Ø 40 Н7 0,32 12◦

Рис. 1. Исходные данные для разработки чертежа детали - шестерня

Этап 1. расчет и назначение геометрических размеров

Диаметр делительной окружности

Диаметр окружности выступов

размеры ступицы

Принимаем

Принимаем Ø 70 мм

размеры ширины и глубины шпоночного паза нормального шпоночного соединения в соответствии с ГОСТ 23369-78

ширина шпоночного паза (Ø 40 мм)

;

глубина шпоночного паза

Принимаем 43,3^+0,2 мм

Простановка на чертеже43,3^+0,2 или 43,2Н12

Этап 2. Нормирование допусков зубчатого колеса (шестерни)

В соответствии с ГОСТ 2.403-74 на чертежах зубчатых колес указываются геометрические параметры (модуль, число зубьев, исходный контур, угол наклона зуба), точность (степени точности) и данные для контроля взаимного расположения разноименных профилей зубьев.

Условное обозначение заданной точности зубчатого колеса (см. стр.14) 7-8-7 Ba ГОСТ 1643-81. Цилиндрическая передача 7 степени точности по нормам кинематической точности, 8 степени точности по нормам плавности, 7 степени точности по нормам контакта зубьев, с видом сопряжения В, видом допуска на боковой зазор а и соответствием между видом сопряжения и классом отклонения межосевого расстояния.

Данные для контроля точности зубчатого колеса, параметры которых приводятся во второй части таблицы (ГОСТ 2.403-74), устанавливаются ГОСТ 1643-81 по соответствующим нормам точности:

- кинематическая точность зубчатого колеса (шестерни) – 7 степень точности:

· длина общей нормали для цилиндрических прямозубых колес

рассчитывается по формуле: W = m⋅ k,

где m – модуль, мм;

k – коэффициент, который при угле зацепления α = 20° и определенном числе охватываемых зубьев при измерении зависит от числа

зубьев колеса z; в соответствии с ГОСТ 1643-81для z=42 (k=13,887);

W=2 х 13,887=27,774 мм

· допуск на радиальное биение зубчатого венца Fr = 36 мкм;

· допускна колебание длины общей нормали F_vW = 22 мкм;

- плавность работы зубчатого колеса (шестерни) – 8 степень точности:

· предельные отклонения шага зацепления f_Pb = ±34 мкм;

· допуск на погрешность профиля зуба f_f =14 мкм;

- контакт зубьев зубчатого колеса (шестерни) – 7 степень точности:

· допуск на направление зуба F_β =16 мкм.

Этап 3. Нормирование допусков формы и взаимного расположения поверхностей

Допуск на диаметр окружности выступов шестерни в соответствии с рекомендациями ГОСТ 2.403-75 назначаем таким, чтобы нижнее отклонение было не более 0,1 m; 0,1 х 2=0,2 мм. Это соответствует 10 квалитету точности в соответствии с ГОСТ 25346-82.

Простановка на чертеже (Ø89,9h10).

Допуск радиального биения наружного диаметра зубчатого колеса

относительно посадочного отверстия ( ) задается с целью ограничения возможного дисбаланса в зависимости от частоты вращения вала и принимается 0,012 мм [2].

Допуск радиального биения посадочной поверхности для зубчатого колеса (Ø 40 Н7). Назначение технического требования – обеспечение выполнения норм кинематической точности передачи. Величина допуска радиального биения посадочной поверхности выбирается в зависимости от допуска на радиальное биение зубчатого венца (Fr).

Для модуля 2 мм, диаметра делительной окружности до 125 мм и

7 степени точности допуск на радиальное биение зубчатого венца Fr=36 мкм

Δ=1/3Fr=12мкм

Простановка на чертеже допуска радиального биения 0,012 мм.

Допуск торцевого биения. Торцевое биение обеспечивает нормы контакта зубьев в передаче. Допуск задается на диаметре торца шестерни ∅ 89,9 мм. Численное значение принимается равным 1/3 допуска на погрешность направления зуба (F_β) по ГОСТ 1643-81. Учитывая, что допуск на направление зуба относится к ширине зубчатого венца, а торцовое биение измеряется приблизительно на делительном диаметре, можно написать:

Δ=1/3(d/l) F_β

где d – делительный диаметр колеса, мм;

l – ширина зубчатого венца, мм

Для модуля 2 мм, ширины зубчатого венца до 100 мм и 7 степени точности F_β=16 мкм

мм.

Простановка на чертеже допуска торцевого биения - 0,016 мм.

Шпоночный паз. размеры ширины и глубины шпоночного паза нормального шпоночного соединения в соответствии с ГОСТ 23369-78

;

Внимание! В учебных целях принимаем нормальное шпоночное соединение.

Допускирасположения шпоночного паза. Назначение технического требования – обеспечение равномерного контакта рабочих поверхностей шпонки и паза вала. На основе рекомендаций по выбору допуска симметричности и допуск параллельности шпоночного паза относительно базового отверстия [2] назначаем

допусксимметричности – 2Тш=2х0,042= 0,084мм;

допуск параллельности – 0.5Тш=0,5х0,042=0,021мм;

глубина шпоночного паза -

Предельные отклонения на глубину паза в зависимости от высоты шпонки (6…18 мм) принимается равным 0,2 мм [2].

Простановка на чертеже 43,3^+0,2 мм или 43,3Н12.

Этап 4. Нормирование параметров шероховатости поверхностей

Шероховатость поверхности обозначают на чертеже для всех выполняемых по данному чертежу поверхностей изделия, независимо от методов их образования, кроме поверхностей, шероховатость которых не обусловлена требованиями конструкции.

Основными параметрами шероховатости поверхности являются высотные параметры (Rz, Ra). Предпочтительно нормировать параметр Ra, который лучше отражает отклонения профиля, поскольку определяется по значительно большему числу точек, чем Rz .

Шероховатость устанавливается стандартами на детали, а также на поверхности, с которыми они сопрягаются. Числовые значения для наиболее характерных видов соединений дано [2].

Геометрические отклонения детали - шероховатость поверхности (Ra Rz) с допуском размера (IT), формы (ТF) или расположения (ТP) должны находиться в пределах поля допуска размера.

Величину параметра Rz рекомендуется назначать не более 0,33 от величины поля допуска на размер (IT), либо 0,5…0,4 от допуска расположения (ТP) или формы (ТF) [2].

Переход от параметра Rz к параметру Ra производится по соотношениям:

Ra ≈ 0,25·Rz при Rz ≥ 8 мкм;

Ra ≈ 0,2·Rz при Rz < 8 мкм.

Шероховатость поверхности посадочного отверстия зубчатого колеса. Назначение технического требования – обеспечение требуемого характера соединения.

На чертеже детали задан размер Ø 40 Н7(^+0,025)

Допуск размера IT = 25 мкм. Параметр Rz = 0,33·IT = 0.33·25 = 8,25 мкм. Параметр Ra =0,2·Rz= = 0,2·8,25 = 1,65 мкм. Для нанесения на чертеже детали принимаем ближайшее меньшее из ряда чисел параметров шероховатости по ГОСТ 2789-73.

На чертеже детали проставляем Ra = 1,25 мкм.

Шероховатость профилей зубьев колеса. Назначение технического требования – обеспечение необходимых условий работы передачи.

Значение параметра Ra = 0,8 выбирается по наивысшей степени точности, т.е. нормам контакта зубьев (F_β=16 мкм) [2].

Шероховатость поверхностей в шпоночном соединении. В соответствии с рекомендациями [2] значение параметра следует выбирать не более:

- для рабочих поверхностей пазов и шпонок – Ra = 1,6…3,2 мкм;

- для нерабочих поверхностей – Ra = 6,3…12,5 мкм.

Шероховатость посадочных и торцовых поверхностей колеса. Назначение технического требования – равномерное распределение нагрузки по поверхности торцов и точность положения зубчатого колеса как при нарезании зубчатого венца, так и во время его работы в механизме.

В соответствии с рекомендациями [2]:

Rz ≤ 0,5 ⋅ ТP ,

где ТP - допуск расположения.

Так как допуск биения базового торца зубчатого колеса 12 мкм

задан на диаметре 89 мм, а шероховатость поверхности торца влияет на

положение его в механизме на диаметре 70 мм, то в формулу следует

подставить допуск:

Т = ТP ·70/89 = (12·70)/89 = 9,4 мкм.

Для левого торца:

Rz = 0,5 ⋅9,4 = 4,7 мкм,

Ra = 0,2 ⋅ Rz = 0,2 ⋅4,7 = 0,94 мкм. Принимаем Ra = 0,63 мкм

Для правого торца:

Rz = 0,5·16 = 8 мкм;

Ra =0,2⋅Rz = 0,2 ⋅8 =1,6 мкм. Принимаем: Ra = 1,6 мкм

Этап 4. Нормирование свободных размеров

Предельные отклонения свободных размеров назначаются, как правило, по квалитетам от 12-го и грубее и оговариваются общей записью в технических требованиях, например: H14; h14; ± IT14/2, которая

означает, что отверстия должны быть выполнены по H14, валы – по h14, а элементы, не относящиеся к отверстиям и валам, – с симметричными предельными отклонениями ± IT14/2.

Одинаковая шероховатость для части поверхностей изделия проставляется в правом верхнем углу чертежа, где помещают обозначение одинаковой шероховатости и знак шероховатости в скобках. Знак в скобках означает, что все поверхности, на которых на изображении не нанесены обозначения шероховатости, должны иметь шероховатость, указанную перед скобками. В соответствии с рекомендациями [2]:

На чертеже детали проставляем Rz = 16 мкм.

Чертеж шестерни (см. исходные данные рис. 1) представлен на рис. 2.

Рис. 2. Чертеж шестерни.

Пример 2. Технологический анализа чертежа (качественная оценка). Рабочие чертежи деталей – сателлит (рис.3) и вал-шестерня (рис. 4) приведены. Данные эскизы деталей заимствованы[4].

рис.3. Сателлит

Деталь «Сателлит» изготавливается из стали 38ХМЮ2А ГОСТ 4543-71. Габаритные размеры Ø 170 х Ø 100Н7 х 55 мм. Деталь правильной геометрической формы и условно можно отнести к узкому зубчатому колесу, так как отношение l/d < 0,8 - (l/d = 55/100=0,55). Деталь имеет два зубчатых венца m=3мм, z=43 точностью 7В ГОСТ 1643-81 и m=5мм, z = 32 точностью 7 – 7 – 8 Ва ГОСТ 1643-81.

Отверстие Ø 100Н7 является базовой поверхностью. На чертеже задано, что отклонения от перпендикулярности торцев относительно отверстия 0,05 мм. Назначение данного технического требования не обосновано. Допуск перпендикулярности торца ступицы назначают для базового торца зубчатых колес с соотношением l/d≥0,8. Базовый торец не определен. Отклонения от перпендикулярности указывают для базового торца; для второго торца можно указать отклонения от параллельности относительно базового торца. Для узких зубчатых колес l/d < 0,8 рекомендуется указывать допуск параллельности торцев ступицы. Определим допуск параллельности торцев отнесенному к диаметру ступицы (Ø123 мм). Так как задана степень точности по нормам контакта зубьев 7 и 8 соответственно, то допуск на направление зубьев в соответствии с ГОСТ 1643-81 по 7 степени точности - F_β=16 мкм

Допуск, записываемый на чертеже «сателлита», равен: 0,016×123/50= 0,039мм. В рамке условного обозначения вместо допуска перпендикулярности необходимо записать допуск параллельности 0,040 мм.

На чертеже не указан допуск цилиндричности базового отверстия. Допуск цилиндричности принимают примерно равным 0,3 допуска диаметра отверстия. На чертеже детали необходимо нанести допуск цилиндричности - 0,3×0,035=0,010мм.

Допуск на радиальное биение зубчатого венца задают по нормам кинематической точности по ГОСТ 1643-81 и проставляют в таблице в соответствии с ГОСТ 2.403-74 на правила оформления зубчатых колес. На чертеже рекомендуется проставлять допуск на радиальное биение наружного диаметра, который для рассматриваемого случая равен 0,1m.

Шероховатости поверхности профилей зубьев сателлита назначены без учета степени точности по нормам контакта зубьев. На чертеже необходимо проставить параметр шероховатости Ra = 0,8 (на чертеже указано Ra =1,0 и Ra =3,2).Значение параметра Ra = 0,8 выбирается по наивысшей степени точности, т.е. нормам контакта зубьев (F_β=16 мкм).

Анализ физико-механических свойств поверхностного слоя. Твердость НRCэ 48…52 для среднеуглеродистых сталей (с содержанием 0,3 %<С<0,6 %) и легированные нитридообразующими элементами (Al, Cr, Mo), которой является сталь 38ХМЮ2А термическая обработка производится в два этапа после черновой – закалка и низкотемпературный отпуск и после чистовой – азотирование.

рис.4. Вал – шестерня

Деталь «Вал-шестерня» изготавливается из стали 50 по ГОСТ 1055–88. Габаритные размеры Ø 134 х 300 мм. Деталь достаточной жесткости, так как соотношение длины к среднему диаметру вала (l/d) равно 3 (134+90+70=290/3=97; 300/97=3). Деталь считается жесткой если l/d<10. Зубчатый венец – косозубый (m=3мм, z=42, угол наклона зубьев 10^◦42'), степени точности 7-8-7 В по ГОСТ 1643-81. На чертеже вала-шестерни необходима таблица в соответствии с ГОСТ 2.403-74 на правила оформления зубчатых колес.

Вал-шестерня имеет шлицевую поверхность (сечение В-В), однако на чертеже отсутствует его изображение. Исходя из размеров и шероховатости (Ra=0,63) на шлицевой поверхности можно предположить, что шлицы эвольвентного профиля (ГОСТ 6033-80) с центрированием по наружному диаметру D=80 мм, m=2 мм, z=38 (размеры шлицев соответствии с ГОСТ 6033-80 предпочтительного применения). Условное обозначение: 80 x g6 x2 x 9h.

Если шлицы прямобочного профиля, то в этом случае шлицевое соединение с центрированием по наружному диаметру легкой (10х72х78х12) или средней (10х72х82х12) серии по ГОСТ1139-80. Условное обозначение:

D-10 х 72 х 78f7 x 12h9 или D-10 х 72 х 82f7 x 12h9.

Технические требования.

Рабочей осью вала является общая ось посадочных поверхностей для подшипников качения, поэтому измерительной базой при контроле поверхностей детали является ось, обозначенная через АВ. На чертеже отсутствует допуск цилиндричности посадочных поверхностей для подшипников качения (Ø70k6) и перпендикулярности торца заплечика вала. С целью обеспечения выполнения кинематической точности зубчатой передачи необходимо указать допуск соосности посадочных поверхностей для подшипников относительно их общей оси.

Шероховатость поверхности. Внешний диаметр и торцы зубчатого венца обычно не выполняют каких-либо функций во время работы передачи и являются свободными поверхностями. Рабочей поверхностью является боковая поверхность зубьев. Поэтому параметр шероховатости (Ra=0,63) проставляется к диаметру делительной окружности (штрих пунктирная линия).

Технические требования устанавливают твердость материала 20…24 HRCэ. Твердость зубчатого венца и шлицевой поверхности 48..55 HRCэ. Повышение твердости материала до 10 % может быть обеспечено термической обработкой – нормализацией в состоянии «заготовка». Применение для зубчатого венца поверхностной закалки с низким отпуском позволит повысить износостойкость исполнительной поверхности. Показатели качества поверхностного слоя могут быть достигнуты проведением только поверхностной закалки с последующим низким отпуском, при этом твердость поверхности составит 48..55 HRCэ. Технологический маршрут может быть представлен следующей последовательностью: заготовка, механическая обработка (токарная, зубо и шлицеобрабатывающая (черновая, чистовая)), термическая (закалка поверхностная с низким отпуском), механическая обработка (восстановление баз (притирка, шлифование центровых отверстий)), отделочная обработка (шлифование).