Метрология и взаимозаменяемость

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

НЕФТИ И ГАЗА имени И.М. Губкина (НИУ)

Факультет инженерной механики

Кафедра "Стандартизация, сертификация и управление качеством производства нефтегазового оборудования"

Курсовая работа по дисциплинам

"МЕТРОЛОГИЯ" И "ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ"

Выполнил:

студент гр. МП-10-6

Тналиев Р.Я.

Принял:

Скрипка В.Л.

Москва 2012

Часть 1. Выбор и расчет допусков и посадок гладких цилиндрических соединений

Дано:

Класс точности подшипника: 5

Номер подшипника: 7606H

Расчетная радиальная реакция опоры: F_r=25000 H

Осевая нагрузка на опору: F_a=10000 H

Перегрузка до 300%

Вал не имеет уступа, полый с диаметром отверстия dотв = 0.4d. Внутреннее кольцо удерживается от осевых смещений втулкой, наружное кольцо - выступом крышки, входящим в корпус. Корпус - неразъемный, крышка - глухая, т.е. без отверстия для выхода вала.

Номинальные размеры, мм:

d₁=D, d₂=d, d₃=d+6

Натяги в сопряжении вал - зубчатое колесо (по d₃): наибольший - 70 мкм

наименьший - 20 мкм

Решение:

Для подшипника 7606Н находим посадочные размеры по ГОСТ 27365 - 87

Диаметр наружного кольца D=72 мм

Диаметр внутреннего кольца d=30 мм

Ширина колец подшипник В=27 мм

По ГОСТ 520 - 2002 находим отклонения посадочных размеров: D=72_-0.009

d=30_-0.011

Определяем вид нагружения колец подшипника: Т.к. радиальная сила, постоянная по направлению, приложена к валу, который вращается, то наружное кольцо имеет местное нагружение, а внутреннее - циркуляционное.

1.       Посадка внутреннего кольца с валом

Нагружение - циркуляционное. Необходимо рассчитать интенсивность нагружения:

где K₁ - коэффициент, учитывающий динамические нагрузки.

По табл. 14 для перегрузок до 300% K₁=1.8

K₂ - коэффициент, учитывающий ослабление посадки при полом вале.

По табл. 15 для  и

K₂=1

K₃ - коэффициент, учитывающий влияние осевых сил на перераспределение радиальных сил.

По табл. 16 K₃=1 т.к. нет сдвоенных и двухрядных подшипников.

По табл. 13 с учетом класса подшипника находим поле допуска вала n5

Строим схему полей допусков посадки 30L5/n5

2.      
Посадка наружного кольца подшипника с корпусом (по D)

Нагружение - местное. Для D=72 мм наружного кольца неразъемного корпуса, принимая во внимание перегрузку до 300% по табл. 15 находим поле допуска, учитывая класс точности подшипника.

Строим схему полей допусков посадки 72JS6/l5

3.       Посадка крышки с корпусом (по d₁)

Для легкости сборки крышки с корпусом рекомендуется посадки с зазором невысокой точности. Таким образом, для глухой крышки предпочтительней выбрать поле допуска d11.

Строим схему полей допусков посадки 72JS6/d11

4.       Посадка распорной втулки с валом (по d₂)

Для легкости сборки посадка распорной втулки с валом должна иметь зазор не менее 20…30 мкм.

Отклонения вала определены посадкой внутреннего кольца подшипника, тогда для получения необходимого зазора подбираем такое поле допуска отверстия, у которого основное отклонение больше, чем верхнее отклонение вала на 20…30 мкм.

Получаем поле допуска отверстия

Строим схему полей допусков посадки 30E9/n5

5.       Посадка валa c зубчатым колесом (по d₃)

По табл. 6 выбираем посадку наименьшей точности в системе отверстия, для которого соблюдаются следующие условия:

Предельные функциональные натяги уже определены заданием:

N_maxF=70 мкм

N_minF=20 мкм

N_maxF- N_minF=70-20=50 мкм=

Из табл. 4 - квалитет 7

Этим условиям удовлетворяет посадка 36H7/t6, для которой N_max=64 мкм N_min=23 мкм

Строим схему полей допусков посадки 36H7/t6

6.       Рассчитаем числовые характеристики посадок для соединений: d₁ ,d₂ ,d₃ и указываем их значения на схемах расположения полей допусков

А) для d₁: 72P6/d11

S_max=ES-ei=-32-(-340)=308 мкм

S_min=EI-es=-51-(-120)=69 мкм_m=E_m-e_m=-41.5-(-230)=271.5 мкм= S_max- S_min=308-69=239 мкм

 мкм

 мкм

 мкм

Б) для d₂: 30E9/n5

S_max=ES-ei=112-15=97 мкм_min=EI-es=50-24=26 мкм_m=E_m-e_m=81-19.5=61.5 мкм= S_max- S_min=97-26=71 мкм

 мкм

 мкм

 мкм

) для d₃: 36H7/t6

_max=ei-ES=64-0=64 мкм_min=es-EI=48-25=23 мкм_m= e_m -E_m=112-12.5=99.5 мкм= N_max- N_min=64-23=41 мкм

 мкм

 мкм

 мкм

Требования, предъявляемые к поверхностям корпуса и вала, предназначенным для посадок подшипников качения.

1.       Отклонения формы поверхностей корпуса и вала не должны превышать для подшипника 5 класса точности значений, равных IT/8. Особенно опасны для подшипников качения конусообразность и овальность посадочных поверхностей. Поэтому укажем допуск круглости и профиля продольного сечения, а не допуск цилиндричности, который вызывает затруднения при контроле. В данном случае допуски формы равны:

для корпуса FT = IT6 / 8 = 19/8 = 2.375 мкм,

для вала FT = IT5 / 8 = 9/8 = 1.125 мкм.

2.       Шероховатость поверхностей устанавливается в зависимости от класса точности подшипника и диаметра различной для корпуса и вала и торцов заплечиков в корпусе, на валу или распорной втулки.

3.       Для данного варианта находим среднее арифметическое отклонение: поверхности корпуса R_a=0.63, вала R_a=0.63, для заплечиков R_a=1.25.

Расчет исполнительных размеров рабочих калибров

Необходимо рассчитать исполнительные размеры калибров для втулки, т.е. в данном случае для отверстия Æ30E9 и вала Æ30n5 (т.к для IT5 калибры не предусмотрены возьмем поле n6).

Находим в мкм для пробки: IT9= 62, z = 9, α= 0, H = 4, для скоб IT6 = 16, z1 = 3, α1 = 0, H1 = 4, y1 = 3

Строим схему полей допусков изделия и калибров.

Наибольший предельный размер проходной пробки

Dmin+z+H/2=30.026+0.009+0.004/2 = 30.037 мм.

компенсатор прокладка допуск посадка

Наибольший предельный размер непроходной пробки

Dmax+α+H/2=30.097+0.00+0.004/2=30.099 мм.

Наибольший предельный размер проходной скобы

dmax-z1-H1/2=30.024-0.003-0.004/2 = 30.019 мм.

Наименьший предельный размер непроходной скобы

dmin -H1/2=30.015-0.004/2=30.013мм.

У пробок при изготовлении калибров допуски указывают отклонениями в тело от наибольшего предельного размера. Для нашего случая получим:

Для пробок: Æ30.037-0.004 и Æ30.099-0.004.

Средства измерений для технического контроля деталей.

Для вала 30n5 вертикальный длинномер.

Диапазон измерения 0-250мм, ∆си=±1.5 мкм, цена деления 0,001 мм.

Для распорной втулки 30Е9 нутрометр.

Диапазон измерения 18-50мм, ∆си=±5 мкм, цена деления 0,01 мм.

Рабочий калибр

Часть 2. Расчет размерной цепи

Сборочная размерная цепь

Решить сборочную размерную цепь методом регулирования. Определить толщину и число прокладок компенсатора. Рассчитать необходимые комплекты прокладок из стандартных толщин.

Исходные данные:

Указания

1.       Отклонение размеров, кроме заданных, устанавливаются:  по ,  по ,  симметричные .

.         Для размера  допуск принимается равным половине допуска размера длины втулки  с отклонениями по .

.         Замыкающий размер  - смещение средней плоскости в передаче.

.         - компенсирующее звено.

В размерную цепь вместо радиального и торцового биения следует вводить соответствующие им эксцетриситеты , .

 - увеличивающие размеры

 - уменьшающие размеры

 - замыкающий размер.

Для решения проблемы обеспечения полной взаимозаменяемости необходимо подобрать размер компенсатора .

Поскольку замыкающим размером является , справедливо выражение:

откуда:

Тогда номинальный размер компенсатора:

Диапазон регулирования компенсатора:

Так как размер  - увеличивающий,

Тогда

Предельные размеры компенсатора:

Размер основной прокладки (по ряду Ra10):

Диапазон регулирования сменными прокладками:

Число сменных прокладок:

Толщина сменных прокладок:

Округляем  до стандартного значения из ряда Ra10 с учетом условия : .

Размеры комплектов прокладок:

Необходимое регулирование может быть обеспечено при помощи основной прокладки толщиной 0,9 мм и пяти дополнительных толщиной 0,125 мм каждая.

Подетальная размерная цепь

Для вала, представленного на эскизе, выбрать последовательность обработки, обеспечив требования сборки.

Последовательность выполнения:

1.       Определить требуемую точность изготовления оставляющих размеров в последовательностях обработки a и b.

.         Выбрать экономически целесообразную последовательность обработки.

.         Начертить эскиз детали с размерами и соответствующими им предельными отклонениями для выбранной последовательности обработки.

Указания

1.       Варианты последовательности обработки:

a.      

b.      

2.       Назначить допуски и отклонения обрабатываемых размеров так, чтобы исходный размер , равный размеру  в сборочной цепи, был выполнен по 8-му квалитету и имел отклонение в "-".

Исходные данные

Вариант a

 - увеличивающий размер

 - уменьшающие размеры

 - замыкающий размер

 в размерную цепь не входит

Требуемый размер

Для расчета среднего числа единиц допуска необходимо найти единицы допусков составляющих размеров:

Для  

Для  

Для  

Среднее число единиц допуска:

По СТ СЭВ 145-71 значению  соответствует квалитет 5.

Допуски размеров с учетом IT5:

, следовательно выбранные допуски подходят.

Устанавливаем:

Для размера  устанавливаем допуск H12 как для не влияющего на функционально важные размеры.

Вариант b

 - увеличивающий размер

 - уменьшающий размер

 - замыкающий размер

 в размерную цепь не входит

Исходный размер  независимым и на него устанавливается допуск, соответствующий с заданными требованиями, что соответствует IT8. Остальные размеры не влияют на исходный размер , и допуски на них назначаются по квалитету не ниже исходного. Тогда назначаем допуски на размеры  и  по IT8:

Для размера  устанавливаем допуск H12 как для не влияющего на функционально важные размеры.

Отклонения замыкающего :

, что соответствует IT10.

Изготовление детали в последовательности B более экономично, в связи с большей допускаемой грубостью (на 3 - 5 квалитетов грубее) размеров.

Часть 3. Оценка адекватности модели и объекта измерений

Схема расположения точек измерения.

1. Выбор средства измерения.

При проведении исследования допускаемую погрешность измерений можно принять равной 0,1 предполагаемого диапазона измерений размеров детали в процессе обработки: ∆_и^дет = 0,1R.

Учитывая, что погрешность измерения включает в себя инструментальную, методическую и субъективную погрешности выбираем такое средство измерения, чтобы его погрешность не превышала 0,7 допускаемой погрешности измерения:

∆_си^дет = 0,7∆_и^дет =>∆_си^дет = 0,7∙0,1∙R=0,07∙27=1,89мкм.

С учётом диапазона измерения из табл.23 выбираем: оптиметр вертикальный.

Погрешность измерений СИ: ±0,3мкм.

Дано: l=18f8

2. Анализ однородности дисперсии.

Среднее значение дисперсии:

Критерий Бартлета будет равен:

Уровень значимости критерия - 10%.

Число степеней свободы k=m-1=2.

Значение .

Вывод: различия между оценками дисперсий допустимы, то есть дисперсии однородны. В этом случае можно использовать дисперсионный анализ.

Вычисляем общее среднее арифметическое значение:

.

Определяем сумму квадратов отклонений между группами:

.

Определяем сумму квадратов отклонений внутри группы:

.

Вычисляем критерий Фишера:

Задаваясь уровнем значимости q=10%, находим число степеней свободы:

Для этих значений по табл.25 находим: .

Вследствие того, что , а , то следовательно, различия средних арифметических групп считается допустимым. В этом случае делаем вывод об адекватности модели и объекта измерения.

Методическая погрешность измерений: , где t-коэф. Стьюдента, зависящий от доверительной вероятности P=1-q и числа степеней свободы k=m-1.

.

Список литературы

) В. Л. Скрипка, О. И. Ягелло "Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплинам "Метрология" и "Взаимозаменяемость". - М.: РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина. - 2007. - 110 с.