Анализ качества изделия машиностроения

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ МИНИСТЕРСТВА ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ»

Кафедра «Технология металлов»

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИИ

И СЕРТИФИКАЦИИ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

НА ТЕМУ:

АНАЛИЗ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2011

Реферат

Данная курсовая работа посвящена анализу качества изделия машиностроения.

Она состоит из пояснительной записки и чертежа вала на формате А4. Пояснительная записка состоит из 27 листов, содержит 16 рисунков и 7 таблиц. В записке описывается 11 задач.

В первой задаче приведен пример стандарта, используемого на предприятии, и определение стандартизации.

Во второй задаче рассчитана и выбрана посадка с натягом для соединения зубчатого колеса с валом. Выполнен анализ полученной посадки и построена схема расположения полей допусков. Обозначена посадка соединения и поля допусков сопрягаемых деталей на эскизах.

В третьей задаче подобраны посадки внутреннего и наружного колец подшипника.

Выполнен анализ полученных посадок. Построены схемы расположения полей допусков. Обозначены на эскизах посадки соединяемых деталей и поля допусков этих деталей.

В четвертой задаче подобраны размеры шпонки для соединения шкива с валом.

Назначены посадки шкива на вал и посадки шпонки с пазом вала и пазом втулки в соответствии с вариантом задания. Выполнен анализ полученных посадок шпонки с пазом вала и пазом втулки. Построены схемы расположения полей допусков этих соединений. Обозначены на эскизах посадки соединяемых деталей и поля допусков деталей соединения.

В пятой задаче назначены недостающие осевые и диаметральные размеры ступеней вала, исходя из особенностей конструкции.

В шестой задаче составлена схема размерной цепи. Решена задача расчета размерной цепи с помощью метода полной взаимозаменяемости.

В задачах 7-11 рассмотрены вопросы дальнейшего проектирования вала.

деталь конструкция вал колесо

Задача 1

Приведите пример стандарта, используемого на вашем предприятии, и определение стандартизации.

Стандартизация – установление и применение правил с целью упорядочения деятельности в определенной области на пользу и при участии всех заинтересованных сторон, в частности для достижения всеобщей оптимальной экономии при соблюдении условий эксплуатации и требований безопасности. Стандартизация основывается на объединенных достижениях науки, техники и передового опыта. Она определяет основу не только настоящего, но и будущего развития и должна осуществляться непрерывно.

Стандарт – нормативно-технический документ по стандартизации, устанавливающий комплекс норм, правил, требований к объекту стандартизации и утвержденный компетентным органом.

Приведем примеры стандартов, используемых на предприятии.

При оформлении конструкторской документации используются: ГОСТ 2.301-68, ГОСТ 2.302-68, ГОСТ 2.303-68, ГОСТ 2.304-68 и т.д.

Электромонтаж производится в соответствии с требованиями ГОСТ 23592-79.

Разделка проводов и крепление жил производится в соответствии с требованиями ГОСТ 23587-79.

Задача 2

1. Рассчитать и выбрать посадку с натягом для соединения зубчатого колеса с валом.

2. Выполнить анализ полученной посадки и построить схему расположения полей допусков.

3. Обозначить посадку соединения и поля допусков сопрягаемых деталей на эскизах.

Решение.

Значение наименьшего расчетного натяга:

,

где Р_э – удельное контактное эксплуатационное давление при действии крутящего момента, Па.

,

где f = 0,15 – коэффициент трения,

n = 1,5 – 2 – коэффициент запаса прочности соединения,

D = d – номинальный диаметр соединения, м,

L – длина соединения, м.

С_D и C_d – коэффициенты Ламэ:

,

,

где d₁ – внутренний диаметр вала (если вал полый). d₁ = 0.

d₂ – диаметр впадин зубчатого колеса.

Наибольший расчетный натяг:

,

где Р_доп – наибольшее допускаемое давление на поверхности вала или втулки, Па.

На поверхности втулки отсутствуют пластические деформации при:

На поверхности вала отсутствуют пластические деформации при:

Поправка к расчетному натягу на смятие неровностей поверхности детали U_Rz, остальные поправки можно принять равными нулю.

,

где к – коэффициент, учитывающий высоту смятия неровностей отверстия втулки и вала. Для принятого метода сборки (с нагревом зубчатого колеса) принимаем: к = 0,5.

С учетом поправки величины граничных допустимых значений функциональных натягов для выбора посадки будут равны:

Выберем стандартную посадку по наибольшему натягу.

Посадку будем выбирать в системе отверстия.

В этой системе отверстие имеет основное нижнее отклонение Н, где ЕI=0.

Исходя из условия, что натяг, обеспечиваемый стандартной посадкой (ГОСТ 25347-82), должен быть меньше функционального:

N_{max ф} > N_max = es – EI,

Определяем наибольшее допустимое значение верхнего отклонения вала:

es < N_{max ф} – EI = 232 – 0 = 232 мкм.

В соответствии с неравенством по ГОСТ 25347-82 выбираем поле допуска вала:

95u8: es = +173 мкм < (232 мкм = N_{max ф}).

Принимаем поле допуска 95u8 (es = +173 мкм, ei = +124 мкм).

Исходя из условия:

N_{min ф} < N_min = ei – ES

определяем наибольшее допустимое значение верхнего отклонения основного отверстия:

ES < ei - N_{min ф} = +124 – 21 = 103 мкм.

В соответствии с неравенством по ГОСТ 25347-82 выбираем поле допуска основного отверстия:

95Н8: ES = +54 мкм < 103 мкм.

Принимаем поле допуска 95Н8 (ES = +54 мкм, EI = 0).

Посадка 95Н8/u8 – относится к рекомендуемым.

Проанализируем выбранную посадку с натягом, данные сведем в табл. 1.

Построим схему расположения полей допусков (рис. 1) и эскизы сопрягаемых деталей (рис. 2).

Таблица 1

Параметры сопряжения	Для вала	Для отверстия
Номинальный размер, мм	95	95
Квалитет	8	8
Условное обозначение основного отклонения	u	Н
Условное обозначение поля допуска	u8	Н8
Верхнее отклонение, мм	еs = +0,173	ES = +0,054
Нижнее отклонение, мм	ei = +0,124	EI = 0
Наибольший предельный размер, мм	dmax = 95,173	Dmax = 95,054
Наименьший предельный размер, мм	dmin = 95,124	Dmin = 95,0
Допуск размера, мм	Td = 0,049	TD = 0,054

Характеристики посадки с натягом.

Наибольший натяг: N_max = d_max – D_min = 95,173 – 95,0 = 0,173 мм

Наименьший натяг: N_min = d_min – D_max = 95,124 – 95,054 = 0,070 мм

Средний натяг: N_m = (N_max + N_min)/2 = (0,173 + 0,070)/2 = 0,1215 мм

Допуск натяга: T_N = N_max – N_min = 0,173 – 0,070 = 0,103 мм

T_N = T_D + T_d = 0,054 + 0,049 = 0,103 мм

Задача 3

Вал вращается, корпус редуктора неподвижен. Вид нагружения наружного кольца – местный, внутреннего – циркуляционный. Осевая нагрузка на опору отсутствует.

1. Подобрать посадки внутреннего и наружного колец подшипника.

2. Выполнить анализ полученных посадок.

3. Построить схемы расположения полей допусков.

4. Обозначить на эскизах посадки соединяемых деталей и поля допусков этих деталей.

Подшипник №214, класс точности: 5, d = 70 мм, D = 125 мм, В = 24 мм, r = 2,5 мм,

d’ = 79 мм, R = 19,5 кН, перегрузка: 300%.

Решение

Интенсивность нагрузки на посадочные поверхности:

,

где B₁ – рабочая ширина посадочного места, м:

В₁ = В – 2r = 24 – 5 = 19 мм.

k_p = 1,8 - динамический коэффициент посадки, при перегрузке до 300%.

F = 1 – коэффициент, учитывающий степень ослабления посадочного натяга (при сплошном вале).

F_А = 1 – коэффициент неравномерности распределения радиальной нагрузки.

По найденному значению Р_R и исходным данным выбираем поле допуска посадочной поверхности вала: n6. [2]

Поле допуска отверстия в корпусе под наружное кольцо выбираем в зависимости от перегрузки, типа корпуса и типа подшипника: Js7. [2]

Определяем числовые значения отклонений для этих полей допусков вала и отверстия в корпусе согласно ГОСТ 25347-82.

Отклонения вала Ø70n6: es = +39 мкм; ei = +20 мкм.

Отклонения отверстия в корпусе Ø125Js7: ES = +20 мкм; EI = -20 мкм.

Числовые значения отклонений для полей допусков подшипника L5 и l5 определяем по ГОСТ 520-89.

Отклонения отверстия внутреннего кольца Ø70L5: ES = 0; EI = -9 мкм.

Отклонения наружного кольца подшипника Ø125l5: es = 0; ei = -11 мкм.

Посадка внутреннего кольца подшипника на вал: Ø70L5/n6 (с натягом).

Посадка наружного кольца в отверстие в корпусе: Ø125Js7/l5 (переходная).

На рис. 3 приведем пример обозначения посадок подшипников качения на сборочных чертежах.

По найденным значениям отклонений сопрягаемых деталей строим схемы расположения полей допусков наружного кольца подшипника с корпусом и внутреннего кольца с валом и проводим анализ этих посадок аналогично второй задаче (табл. 2,3; рис. 4,5).

Характеристики посадки с натягом.

Наибольший натяг: N_max = d_max – D_min = 70,039 – 69,991 = 0,048 мм

Наименьший натяг: N_min = d_min – D_max = 70,020 – 70 = 0,020 мм

Средний натяг: N_m = (N_max + N_min)/2 = (0,048 + 0,020)/2 = 0,034 мм

Допуск натяга: T_N = N_max – N_min = 0,048 – 0,020 = 0,028 мм

T_N = T_D + T_d = 0,019 + 0,009 = 0,028 мм

Таблица 2

Параметры сопряжения	Для вала	Для отверстия
Номинальный размер, мм	70	70
Квалитет	6	5
Условное обозначение основного отклонения	n	L
Условное обозначение поля допуска	n6	L5
Верхнее отклонение, мм	еs = +0,039	ES = 0
Нижнее отклонение, мм	ei = +0,020	EI = -0,009
Наибольший предельный размер, мм	dmax = 70,039	Dmax = 70
Наименьший предельный размер, мм	dmin = 70,020	Dmin = 69,991
Допуск размера, мм	Td = 0,019	TD = 0,009

Таблица 3

Параметры сопряжения	Для вала	Для отверстия
Номинальный размер, мм	125	125
Квалитет	5	7
Условное обозначение основного отклонения	l	Js
Условное обозначение поля допуска	l5	Js7
Верхнее отклонение, мм	еs = 0	ES = +0,020
Нижнее отклонение, мм	ei = -0,011	EI = -0,020
Наибольший предельный размер, мм	dmax = 125,0	Dmax = 125,020
Наименьший предельный размер, мм	dmin = 124,989	Dmin = 124,980
Допуск размера, мм	Td = 0,011	TD = 0,040

Характеристики переходной посадки.

Наибольший зазор: S_max = D_max – d_min = 125,020 – 124,989 = 0,031 мм

Наибольший натяг: N_max = d_max – D_min = 125,0 – 124,980 = 0,020 мм

Средний зазор: S_m = (S_max + S_min)/2 = (0,031 – 0,020)/2 = 0,011 мм

Средний натяг: N_m = (N_max + N_min)/2 = (0,020 - 0,031)/2 = -0,011 мм

Допуск зазора: T_S = S_max + N_max = 0,031 + 0,020 = 0,051 мм

Допуск натяга: T_N = S_max + N_max = 0,031 + 0,020 = 0,051 мм

Задача 4

1. Подобрать размеры шпонки для соединения шкива с валом.

2. Назначить посадку шкива на вал и посадки шпонки с пазом вала и пазом втулки в соответствии с вариантом задания.

3. Выполнить анализ полученных посадок шпонки с пазом вала и пазом втулки.

4. Построить схемы расположения полей допусков этих соединений.

5. Обозначить на эскизах посадки соединяемых деталей и поля допусков деталей соединения.

Вид шпоночного соединения: нормальное, d = 55 мм, l = 56 мм.

Решение.

По ГОСТ 23360-78 для вала Ø55 находим сечение шпонки bxh = 16х10 мм и ширину ступицы шкива l_c = 75 мм > l.

Допуски на глубину пазов вала и втулки:

t₁ = 6^+0,2 или d - t₁ = 55 – 6 = 49_-0,2;

t₂ = 4,3^+0,2 или d + t₂ = 55 + 4,3 = 59,3^+0,2.

Предельные отклонения размеров по ширине паза вала и паза втулки должны соответствовать полям допусков ГОСТ 25347-82:

При нормальном соединении: на валу N9, во втулке Js9.

Предельные отклонения на ширину шпонки устанавливают по h9.

Сопряжение шпонки с пазом вала будет осуществляться по посадке 16N9/h9, а с пазом втулки - 16Js9/h9 (переходные посадки).

Отклонения на несопрягаемые размеры, которые рекомендует ГОСТ 23360.

На высоту шпонки 10h11 = 10_-0,090

На длину шпонки 56h14 = 56_-0,74

На длину паза вала 56H15 = 56_-1,2

В соответствии с рекомендациями [2] принимаем посадку шкива на вал 55Н9/h9.

По ГОСТ 25347-82 находим отклонения, соответствующие принятым полям допусков.

Для ширины шпонки b = 16h9; es = 0, ei = -43 мкм.

Для ширины паза вала: В = 16N9: ES = 0, EI = -43 мкм.

Для ширины паза втулки: В_вт = 16Js9: ES = +21 мкм, EI = -21 мкм.

Проведем анализ посадок табл. 4,5; приведем схему расположения полей допусков рис. 6 и эскиз шпоночного соединения рис. 7.

Таблица 4

Параметры сопряжения	Для вала	Для отверстия
Номинальный размер, мм	16	16
Квалитет	9	9
Условное обозначение основного отклонения	h	N
Условное обозначение поля допуска	h9	N9
Верхнее отклонение, мм	еs = 0	ES = 0
Нижнее отклонение, мм	ei = -0,043	EI = -0,043
Наибольший предельный размер, мм	16,0	16,0
Наименьший предельный размер, мм	15,957	15,957
Допуск размера, мм	Td = 0,043	TD = 0,043

Характеристики переходной посадки.

Наибольший зазор: S_max = D_max – d_min = 16,0 – 15,957 = 0,043 мм

Наибольший натяг: N_max = d_max – D_min = 16,0 – 15,957 = 0,043 мм

Средний зазор: S_m = (S_max + S_min)/2 = (0,043 – 0,043)/2 = 0

Средний натяг: N_m = (N_max + N_min)/2 = (0,043 – 0,043)/2 = 0

Допуск зазора: T_S = S_max + N_max = 0,043 + 0,043 = 0,086 мм

Допуск натяга: T_N = S_max + N_max = 0,043 + 0,043 = 0,086 мм

Характеристики переходной посадки.

Наибольший зазор: S_max = D_max – d_min = 16,021 – 15,957 = 0,064 мм

Наибольший натяг: N_max = d_max – D_min = 16,0 – 15,979 = 0,021 мм

Средний зазор: S_m = (S_max + S_min)/2 = (0,064 – 0,021)/2 = 0,0215 мм

Средний натяг: N_m = (N_max + N_min)/2 = (0,021 – 0,064)/2 = -0,0215 мм

Допуск зазора: T_S = S_max + N_max = 0,064 + 0,021 = 0,085 мм

Допуск натяга: T_N = S_max + N_max = 0,064 + 0,021 = 0,085 мм

Таблица 5

Параметры сопряжения	Для вала	Для отверстия
Номинальный размер, мм	16	16
Квалитет	9	9
Условное обозначение основного отклонения	h	Js
Условное обозначение поля допуска	h9	Js9
Верхнее отклонение, мм	еs = 0	ES = +0,021
Нижнее отклонение, мм	ei = -0,043	EI = -0,021
Наибольший предельный размер, мм	16,0	16,021
Наименьший предельный размер, мм	15,957	15,979
Допуск размера, мм	Td = 0,043	TD = 0,042

Задача 5

Используя заданные по варианту размеры назначить недостающие осевые и диаметральные размеры ступеней вала, исходя из особенностей конструкции.

Решение.

Назначаем недостающие размеры (табл. 6.).

Таблица 6

Диаметр ступени, мм	Заданные размеры сопрягаемых деталей, мм	Конструктивно назначенные размеры ступеней вала, мм
1	2	3
Ø70	Ширина подшипника В=24	Ширина ступени: 24
Ø95	Ширина зубчатого колеса L=150	Ширина ступени: 170
-	Буртик-упор для зубчатого колеса	Назначаем: Ø115; ширина: 26
-	Ступень для съемника перед правым подшипником	Назначаем: Ø95; ширина: 30
Ø70	Ширина подшипника В=24	Ширина ступени: 24
-	Ступень под крышку с сальниковым уплотнением	Назначаем: Ø63; ширина: 50
Ø55	Ширина шкива b=75	Ступень под шкив на 5 мм короче: 70
		Общая длина вала: 394 мм

Задача 6

При обработке вала с размерами, установленными в задаче 5, необходимо обеспечить отклонения размера между опорами под подшипник по двенадцатому квалитету (h12). Для этого необходимо: