ВЗСТИ конспект. Конспект лекций по курсу Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения 2013 всти, каф. Опм, Доннту 2
 Скачать 1.3 Mb.
|
|
Лекция 10. Взаимозаменяемость шпоночных и шлицевых соединений Допуски и посадки шпоночных соединений Шпоночные соединения применяются для соединения втулок, шкивов, муфт, зубчатых колес и других деталей машин с валами. t 2 t 1 h D- t 1 D+ t 2 D b Рисунок 10.1 – Шпоночное соединение Достоинства: - простота и надежность конструкции; - легкость сборки и разборки; - невысокая стоимость. Недостаток: - снижение нагрузочной способности сопрягаемых деталей из – за ослабления их поперечных сечений шпоночными пазами. Существует три типа шпоночных соединений: а) свободное (подвижное); б) нормальное (неподвижное разъемное); в) плотное (неподвижное неразъемное). «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 90 Для получения различных посадок призматических шпонок установлены поля допусков на ширину b шпонок, пазов валов и втулок (ГОСТ 23360-78). Ширина шпонки определяет прочность всего соединения и является поэтому основным параметром. Для ширины шпонки (b) установлено поле допуска h 9, для высоты (h) – h 11, для длины (l) – h 14. h l p l b Рисунок 10.2 – Шпонка призматическая Это делает возможным централизованное изготовление шпонок независимо от посадок. Выбор посадок производят в зависимости от типа соединения Предельные отклонения размеров по ширине паза вала и втулки должны соответствовать: а) при свободном соединении на валу Н 9, во втулке D 10 б) при нормальном соединении на валу N 9, во втулке Is 9. в) при плотном соединении на валу Р 9 и во втулке Р 9. «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 91 20 40 60 80 20 40 60 0 b - ïîëå äîïóñêà íà øèðèíó øïîíêè - ïîëå äîïóñêà íà øèðèíó ïàçà âòóëêè - ïîëå äîïóñêà íà øèðèíó ïàçà âàëà ìêì h9 H9 D10 N9 h9 Js9 P9 P9 h9 Ñâîáîäíîå Íîðìàëüíîå Ïëîòíîå H9 D10 N9 Js9 P9 P9 Рисунок 10.3 – Схема расположения полей допусков и посадок в шпоночных соединениях Контроль шпоночных соединений комплексными и элементными калибрами. Допуски на изготовление комплексных калибров содержатся в ГОСТ 24109-80, а их конструкции и размеры регламентируются ГОСТ 24110-80 … 24121-80. Допуски и посадки шлицевых соединений Шлицевым называется разъемное соединение составных частей изделия с применением пазов и выступов. Шлицевые соединения бывают подвижные и неподвижные. Шлицевые соединения обладают значительными преимуществами по сравнению со шпоночными: - меньшее число деталей в соединении; - большая нагрузочная способность за счет большей площади контакта рабочих поверхностей ступицы и вала; - лучшее центрирование соединяемых деталей; «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 92 - высокая надежность при динамических и реверсивных нагрузках. Недостаток: - высокая трудоемкость и стоимость изготовления. Основные типы шлицевых соединений: а) прямобочные; б) эвольвентные; в) треугольные. à) á) â) Рисунок 10.4 – Виды шлицевых соединений: а) прямобочные; б) эвольвентные; в) треугольные Наибольшее распространение имеют прямобочные шлицевые соединения, размеры и допуски которых регламентированы ГОСТ 1139-80. Рассмотрим допуски и посадки шлицевых соединений с прямобочным профилем зуба. ГОСТ 1139-80. Существует три способа центрирования: а) по наружному диаметру; б) по внутреннему ∅ ; в) по боковым сторонам зубьев. а) Центрирование по ∅ D рекомендуются, когда втулку термически не обрабатывают. Этот способ применяют для неподвижных соединений, а также для подвижных, воспринимающих небольшие нагрузки. б) Центрирование по внутреннему диаметру d целесообразно, когда втулка имеет высокую твердость. Способ обеспечивает точное центрирование и применяется для подвижных соединений. «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 93 в) Центрирование по боковым сторонам b целесообразно при передаче знакопеременных нагрузок, больших крутящих моментов, а также при реверсивном движении. Этот способ способствует равномерному распределению нагрузки между зубьями, но не обеспечивает высокой точности центрирования и поэтому применяется редко. D d b à) á) â) D d Рисунок 10.5 – Способы центрирования шлицевых соединений: а) по внешнему диаметру D; б) по внутреннему диаметру d; в) по боковым поверхностям зубьев b Посадки шлицевых соединений назначают в системе отверстия по центрирующей цилиндрической поверхности и по боковым поверхностям впадин втулок и зубьев вала (т.е. по d и b, или D и b, или только b). Допуски и основные отклонения размеров D, d и b шлицевого соединения назначают по ГОСТ 25346-82. Поля допусков в ГОСТ 1139-80. Посадки назначают в зависимости от способа центрирования: 8 7 e H ; ; g H ; f H 6 7 7 7 - для d; 7 8 9 9 7 8 f F ; h D ; js F - для b; 6 7 7 7 8 7 g H ; f H ; e H - для D – дают соединения с зазором 6 7 6 7 js H ; n H - для d и D – дают соединения с переходными посадками. «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 94 Для нецентрирующих диаметров установлены следующие поля допусков: Таблица 10.1 – Поля допусков нецентрирующих размеров вал Втулка Для D при центрировании по d или b а11 Н12 Для d при центрировании по D или b Свободная посадка ≥ d 1 Н11 Пример. Обозначение шлицевых соединений валов и втулок Z = 8; d = 36 мм; D = 40 мм; b = 7 мм; Центрирование по ∅ d. Посадка по диаметру ∅ центрирования 6 7 g H по b 9 9 h D : 9 9 7 11 12 40 6 7 36 8 h D a H g H d × × × − Шлицевые соединения контролируют комплексными проходными калибрами и поэлементными непроходными калибрами. Допуски калибров для контроля шлицевых прямобочных соединений регламентированы ГОСТ 7951-80. «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 95 Лекция 11. Взаимозаменяемость резьбовых соединений Основные типы резьб, классификация и эксплуатационные требования к ним Соединения деталей с помощью резьбы являются одними из старейших и наиболее распространенных видов разъемных соединений. Более 60% всех деталей современных машин имеют резьбы. Сюда относятся соединения с помощью болтов, винтов, шпилек, винтовых стяжек и т.д. По эксплуатационному назначению различают резьбы общего применения и специальные. К первой группе относятся: а) крепежные (метрическая, круглая дюймовая), применяемые для разъемного соединения деталей машин. Такие резьбы должны обладать высокой прочностью и большим трением, предохраняющим детали от самоотвинчивания. б) кинематические (прямоугольная, трапецеидальная, упорная).Применяется для ходовых винтов, винтов суппортов станков, столов измерительных приборов. Такие размеры должны обеспечивать точное применение при минимальном трении. Упорные резьбы обеспечивают преобразование вращательного движения в поступательное (домкраты, прессы). в) трубные – для герметичного соединения труб и арматуры. Общим для всех резьб требованием являются: долговечность и свинчиваемость. Основные параметры и краткая характеристика метрической резьбы. «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 96 d= D d 2 =D 2 d 1 =D 1 a =60 Å a /2=30 Å l H H 8 H 2 P/2 P/2 Ãàéêà Áîëò P H 6 H 4 H 1 Рисунок 11.1 – Основные параметры метрической резьбы ГОСТ 9150-81 регламентирует основные параметры метрической резьбы - наружный диаметр d (D); - внутренний диаметр d 1 (D 1 ); - средний диаметр d 2 (D 2 ); - шаг резьбы Р; - угол профиля α ; - высота исходного треугольника Н; - рабочая высота профиля Н 1 ; - длина свинчивания l. Геометрические размеры резьбы стандартизированы ГОСТ 8724-81. Устанавливается три ряда диаметров метрической резьбы, первой из которых предпочтительнее. В пределах каждого ряда предусмотрены резьбы с крупным и мелким шагом. Пример . Для ∅ 14 мм стандарт предусматривает крупную резьбу с шагом Р = 2 мм, пять мелких резьб с шагами Р = 1,5; 1,25; 1; 0,75; 0,5 мм. «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 97 В общем машиностроении в основном применяются резьбы с крупным шагом, как менее чувствительные к ошибкам изготовления. Отклонения шага и угла профиля резьбы. Их диаметральная компенсация Резьбовые соединения относят к сложным соединениям, т.к. на взаимозаменяемость влияет точность выполнения всех перечисленных выше параметров. При реальном выполнении резьбовых соединений основная посадка назначается по среднему диаметру ( d 2 ; D 2 ), при этом независимо от этой посадки по наружному диаметру ( d ; D) и внутреннему диаметру (d 1 ; D 1 ) предусмотрены гарантированные зазоры. По наружному диаметру за счет соответствующей посадки, а по внутреннему зазор определяется величиной ( Н/4 – Н/6). Погрешности шага и половины угла профиля компенсируются расширенными допусками на средний диаметр. Рассмотрим несколько случаев. Случай 1. Резьба гайки идеальная, болт имеет только накопленную погрешность шага. Ð Á Ð n à ΔP 0, 5f ΔP Ãàéêà α ï A B a b c Áîëò Íîìèíàëüíûé ïðîôèëü ðåçüáû ãàéêè Ïðîôèëü ðåçüáû áîëòà ñ óâåëè÷åííûì øàãîì (d = D ) 2 2 n Ïðîôèëü ðåçüáû áîëòà ñ óâåëè÷åííûì øàãîì è óìåíüøåííûì d 2 d( D ) 2 2 α/2 F' n p p d- 0, 5f 2 0, 5f ð a' b' c' 0,5ΔP n C E E' a' b' c' F D Рисунок 11.2 – Отклонение шага резьбы и его диаметральная компенсация «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 98 При равенстве средних диаметров гайки и болта свинчиваемость невозможна из – за наложения металла в заштрихованной области. Чтобы компенсировать погрешность шага ΔΡ h необходимо обеспечить условие: h p P , f d D Δ 732 1 2 2 = ≥ − Условие свинчиваемости: p f d D + ≥ 2 2 Случай 2. Профиль резьбы гайки идеален, профиль болта имеет только погрешность угла профиля. H 1 = 5 8 H h( 1 4 H) 3 8 H a /2 a Da /2 Da /2 d 2 -0.5 f a Ãàéêà Áîëò Ïðîôèëü ðåçüáû áîëòà ñ ïîãðåøíîñòüþ Da /2 è óìåíüøåííûì d 2 d 2 (D 2 ) D E F 1 2 3 0.5f a Рисунок 11.3 – Отклонение половины угла профиля и его диаметральная компенсация Чтобы компенсировать погрешность угла профиля необходимо обеспечить условие: ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = ≥ − 2 29 0 2 2 α Δ α P , f d D Условие свинчиваемости: α f d D + ≥ 2 «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 99 Случай 3 . Профиль резьбы гайки идеален. Болт имеет погрешность шага ΔΡ h и погрешность угла профиля Δα /2. Условие свинчиваемости: α f f d D p + + ≥ 2 2 Случай 4. Реальный. ΔΡ′≠0 ; 0 2 ≠ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ α Δ - для болта ΔΡ′′≠0; ≠ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ 2 α Δ 0 – для гайки. Условие взаимозаменяемости: D 2 – d 2 ≥ (ƒ′ p +ƒ′′ p )+(ƒ′ α +ƒ′′ α ) Чтобы гарантировать взаимозаменяемость, было решено: D 2 – ƒ ′′ Ρ −ƒ ′′ α ≥ d 2 + ƒ ′ Ρ +ƒ′ α Это условие более жесткое, т.к. не учитывает возможную компенсацию погрешностей с одним знаком. Величины ( D 2 −ƒ ′′ Ρ −ƒ ′′ α ) и ( d 2 +ƒ ′ Ρ +ƒ ′ α ) называются приведенными средними диаметрами резьбы гайки и болта. При наличии погрешностей шага и угла профиля резьбы у обеих деталей получаемый в соединении зазор определяется разностью действительных значений приведенных средних диаметров: S = D 2 пр – d 2 пр. Система допусков и посадок метрических резьб Система допусков и посадок для метрических резьб диаметром 1…600 мм основана на международных стандартах ИСО и регламентирована следующими ГОСТами: ГОСТ 16093-81 – посадки с зазором. ГОСТ 4608-81 – посадки с натягом. ГОСТ 24834-81 – переходные посадки. Посадки с зазором. Установлены ряды основных отклонений Для диаметров наружной резьбы (болтов) – d;e; f; g; h. «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 100 Для диаметров внутренней резьбы (гаек) – E* ; F* ; G ; H. *E и F – для специального применения при значительных толщинах слоя защитного покрытия. Установлены также следующие степени точности, определяющие величину допусков диаметров болтов и гаек: Диаметр болта наружный d – 4; 5; 6. Средний d 2 – 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10** Гайки внутренний D 1 – 4; 5; 6; 7; 8. Средний D 2 – 4; 5; 6; 7; 8; 9** ** - только для пластмассовых резьб. Поле допуска диаметра резьбы образуется сочетанием основного отклонения (буква) с допуском по принятой степени точности (цифра): 6H, 6g, 6h Поле допуска резьбы образуется сочетанием поля допуска среднего диаметра с полем допуска внутреннего диаметра (для гаек) и наружного диаметра (для болтов): 5H6H ; 7g6g Если обозначение поля допуска среднего диаметра совпадает с полем допуска наружного или внутреннего диаметра принимают сокращенную запись: 6g6g = 6g, 6H6H = 6H Схемы расположения полей допусков и основных отклонений диаметров наружной и внутренней резьбы в посадках с зазором приведены на рис. 11.4 и 11.5. Ãàéêà Áîëò 0 0 0 0 H G F E h g f e d D 2 ;D ; D 1 d 2 ;d ; d 1 Рисунок 11.4 – Основные отклонения метрической резьбы при посадке с зазором «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 101 d (D ) d 2 (D 2 ) d 1 (D 1 ) EI / 2 EI / 2 T D 1 /2 es/2 T d /2 es/2 Ãàéêà Áîëò T D 2 /2 es/2 T D 1 /2 EI / 2 Рисунок 11.5 – Расположение полей допусков метрической резьбы болта и гайки при посадке с зазором Установлены 3 группы длин свинчивания: S – малая (короткая); N – нормальная; L – большая (длинная). На чертежах поле допуска резьбы указывают после обозначения размера резьбы (ГОСТ 8724-81): Болт М24 – 6g ; гайка М24 – 6H (при длине свинчиваемости N ) Если длина свинчиваемости отличается от нормальной: Болт М24 – 6g – 40. На сборочных чертежах посадки резьбовых соединений обозначают дробью М24 g H 6 6 ;М12 h H H 4 5 4 Метрические резьбы с натягами и переходными посадками предназначены для резьбовых соединений, образованных ввертыванием стальных шпилек в резьбовые отверстия, т.е. для крепежных соединений, работающих в условиях сотрясений, вибраций, переменного температурного режима, а также для обеспечения «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 102 неподвижности резьбовых соединений при эксплуатации или центрирования деталей по резьбе. Посадки с натягом по среднему диаметру предусмотрены только в системе отверстия, имеющей большие технологические преимущества перед системой вала. Расположение полей допусков наружной и внутренней резьбы при посадке с натягом показано на рис.11.6. 60 Å Ð 2 T d 2 T d 2 2 T D 2 2 T D 1 2 D 1 D 2 D d 1 d 2 d Íîìèíàëüíûé ïðîôèëü Âíóòðåííÿÿ ðåçüáà Íàðóæíàÿ ðåçüáà d 6e 6c 3n 3p 2r ei es 0 es ei Íàðóæíàÿ ðåçüáà Âíóòðåííÿÿ ðåçüáà 2H 4D 5D 4C 5C EI=0 0 d 2 ES EI ES D 1 D 2 Рисунок 11.6 – Расположение полей допусков резьбы с натягом «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 103 Лекция 12. Допуски углов. Взаимозаменяемость конических соединений Допуски углов Допуски углов конусов и призматических элементов деталей и ряды нормальных углов установлены ГОСТ 8908-81. D d L a a 2 áîëüøîå îñíîâàíèå ìàëîå îñíîâàíèå Îáðàçóþùàÿ Âåðøèíà Рисунок 12.1 – Параметры конуса Конус наружный и внутренний характеризуется следующими параметрами: - диаметром большого основания D ; - диаметром малого основания d ; - углом конуса α ; - углом уклона α/2 ; - длиной конуса L Угол уклона α/2 связан с размерами D, d и L следующим соотношением: ( ) α tg L d , D , = − 5 0 5 0 /2 α tg L d D 2 = − / 2 =С где 2tg α/2 = C – конусность; tg α/2 = 2 C - уклон i «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 104 Для облегчения достижения взаимозаменяемости установлены ряды нормальных конусностей ГОСТ 8593-81 ГОСТ 8908-81 устанавливает 17 степеней точности допусков углов: 1, 2, …, 17. Допуск угла заданной точности обозначают : АТ 1 (от англ. Angle Tolerance – допуск угла). Допуск угла – это разность между наибольшим и наименьшим предельными углами. Для каждой степени точности установлены: 1. Допуск угла АТ α , выраженный в угловых единицах (приведены в ГОСТ 8908-81) 2. Допуск угла АТ h , выраженный отрезком на перпендикуляре к стороне угла, проведенном на расстоянии L 1 от вершины этого угла. Практически этот отрезок равен длине дуги с радиусом L 1 , стягивающей угол 2 α AT . 3. Допуск угла конуса АТ D , выраженный допуском на разность диаметров в двух нормальных к оси конуса сечениях на расстоянии L L a mi n a max a) L 1 a mi n a max AT a 2 AT D 2 á) AT a 2 AT h 2 Рисунок 12.2 – Расположение полей допусков углов конусов Допуск АТ h назначают на конусы, имеющие С > 1: 3, в зависимости от L 1 : АТ h = АТ α ⋅ L 1 ⋅ 10 –3 , «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 105 где АТ h , мкм; АТ α , мкрад; L 1 , мм. Для конусов с С ≤ 1: 3 принимают L 1 = L и назначают допуск АТ D . Причем AT D ≈ AT h . Для конусов с С > 1: 3: 2 α cos AT AT h D = , где α - номинальный угол конуса. Система допусков и посадок конических соединений Широкое распространение конических соединений объясняется целым рядом их достоинств, к которым относятся: а) геометричность; б) высокая прочность и напряженность соединения; в) возможность легкого регулирования зазора или натяга с помощью изменения осевого расположения деталей; г) способность конической пары к быстрой разборке и сборке; д) самоцентрируемость. Конические соединения можно разделить на следующие виды: а) неподвижные соединения (с натягом); б) плотные (с возможностью скольжения); в) подвижные (с зазором). а) Предназначены для исключения взаимного перемещения деталей или передачи крутящего момента. Работу соединения обеспечивает сила трения. Натяг обеспечивается затяжкой или запрессовкой наружного конуса во внутренний. При больших нагрузках и относительно малом натяге, при вибрациях предусматривается одна или две шпонки. Примеры. Соединения фланцевых муфт с валами; конические фрикционные муфты; конические штифты. «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 106 б) применяются для обеспечения газо-, водо- и маслонепроницаемости по сопрягаемым поверхностям, т.е. для герметизации соединения путем притирки поверхностей. Примеры. В двигателях для посадки клапана в седло; в жиклерах карбюраторов. в) применяются для обеспечения относительного вращения или зазора между элементами пары. Обеспечивают точное центрирование и компенсацию износа рабочих поверхностей перемещением деталей вдоль оси. Примеры. В точных приборах; конических подшипниках станков; дозирующих и регулирующих устройствах. При обработке реальной конической детали возникают различные отклонения от номинального конуса. Для нормальной эксплуатации соединения необходимо, чтобы отклонения действительных размеров конуса находились в пределах заданных допусков. Допуски и посадки для конических соединений устанавливает ГОСТ 25307- 82. Основные геометрические параметры конического соединения приведены на рис. 12.3. D Z Z Z Áàçîâàÿ ïëîñêîñòü êîíóñíîãî âàëà Áàçîâàÿ ïëîñêîñòü êîíóñíîé âòóëêè Îñíîâíàÿ ïëîñêîñòü p c i Рисунок 12.3 – Основные геометрические параметры конического соединения Основная плоскость – это плоскость поперечного сечения конуса, в которой задают его номинальный диаметр. «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 107 Базовая плоскость – это плоскость, по которой определяют осевое положение основной плоскости. Базорасстояние – это расстояние между базовой и основной плоскостью между базовыми плоскостями. Z C – базорасстояние конического вала; Z I - базорасстояние конической втулки; Z P – базорасстояние конического соединения. Коническое соединение характеризуется конической посадкой и базорасстоянием соединения. Посадки подразделяются в зависимости от следующих способов фиксации взаимного осевого положения наружного и внутреннего конусов: 1. Путем совмещения конструктивных элементов сопрягаемых конусов (базовых плоскостей); 2. По заданному базорасстоянию соединения ( z p ); 3. По заданному осевому смещению сопрягаемых конусов от их начального положения; 4. По заданному усилию запрессовки, прилагаемому в начальном положении сопрягаемых конусов. Для конусов устанавливают допуски: диаметра конуса в любом сечении T D , в заданном сечении T DS , угла конуса AT α , формы конуса (допуск круглости и допуск прямолинейности образующей) (рис.12.4). «ВСТИ», каф. ОПМ, ДонНТУ 108 D mi n D ma x d mi n d ma x Ïðåäåëüíûå êîíóñû Ïîëå äîïóñêà êîíóñà Äåéñòâèòåëüíûé êîíóñ L T D 2 a a Рисунок 12.4 – Действительный и предельные конусы Допуски конусов нормируются двумя способами: 1. По первому способу устанавливают допуск диаметра T D , одинаковый в любом поперечном сечении конуса и определяющий два предельных конуса, между которыми должны находиться все точки поверхности действительного конуса. Этот допуск ограничивает также отклонения угла конуса и отклонения формы конуса, если они не ограничены меньшими допусками. 2. При втором способе нормирования устанавливают допуск T DS только в заданном сечении конуса. Этот допуск не ограничивает отклонение угла и формы конуса. Для получения различных посадок ГОСТ 25307-82 устанавливает ряд основных отклонений: Для наружных конусов:d; e; f; g; h; js; k; m; n; p; r; s; t; u; x; z. Для внутренних конусов: H; Js; N. |