МЕТОДИКА РАСЧеТА И ВЫБОРА ПОСАДОК С ЗАЗОРОМ В ПОДШИПНИКАХ СКОЛЬЖЕНИЯ

Саратовский государственный технический университет

И.И. Бочкарева, М.Г. Бабенко, С.В. Слесарев

КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Учебно-методическое пособие

по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация»

для студентов специальностей 120100, 200500, 150200

всех форм обучения

Саратов 2006

УДК 389

ББК 30.10

Б 72

Рецензенты:

Кафедра «Сопротивление материалов и стандартизация»

Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова

Кандидат технических наук, профессор

В.В. Болкунов

Одобрено

редакционно-издательским советом

Саратовского государственного технического университета

Бочкарева И.И.

Б 72 Курсовое проектирование: учебно-методическое пособие / И.И. Бочкарева. М.Г. Бабенко, С.В. Слесарев. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2006. 72 с.

ISBN 5-7433-1732-1

Содержит 30 вариантов исходных данных для выполнения 9 задач; для каждой задачи представлена теория, изложена сущность нормирования точности типовых сопряжений машин; приведены конкретные примеры решения каждой задачи.

Данное пособие дает студентам возможность разобраться в основных положениях курса «Метрология, стандартизация и сертификация», научиться пользоваться действующими стандартами и использовать полученные знания при выполнении курсовых и дипломного проектов.

Предназначено для студентов специальностей 120100, 200500, 150200 всех форм обучения.

УДК 389

ББК 30.10

Слесарев С.В., 2006

ISBN 5-7433-1732-1 технический университет, 2006

ВВЕДЕНИЕ

Изучение курса «Метрология, стандартизация и сертификация» производится путем освоения теоретических и практических положений метрологии, взаимозаменяемости, стандартизации и сертификации, изложенных в учебниках, справочной литературе, а также непосредственно в соответствующих стандартах. Для усвоения разделов данной дисциплины студенты специальностей ПТК, ААХ, СТМ всех форм обучения должны выполнить курсовую работу, содержащую 9 задач.

При выполнении курсовой работы студент выбирает номер варианта по указанию преподавателя. Студенту выдается чертеж и условия работы сборочной единицы. Задания к работе приведены в табл. 1-6 приложения.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Цель курсовой работы

Целью выполнения курсовой работы по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» является практическое овладение теоретическими основами курса; умение производить инженерные расчеты при выборе допусков и посадок, размерных цепей; возможность работы с действующими стандартами.

Общие требования

Расчетно-пояснительная записка пишется чернилами на одной стороне листа бумаги формата А4 (210x270 мм) чётким, аккуратным и разборчивым почерком. Заполнение листов должно быть полным. Слева оставляются поля для подшивки (30 мм), справа – поля для пометок (10 мм); сверху и снизу листа – поля 20 мм. Нумерация листов – вверху в правом углу. Межстрочное расстояние – 10 мм.

Расчетные формулы вписываются в центре строки. Каждая формула нумеруется по порядку текста пояснительной записки арабскими цифрами. При ссылке на литературные источники в скобках указывается порядковый номер страницы, откуда заимствована формула, таблица, например, [2], с. 98, табл. 3. Записка начинается с титульного листа.

Графический материал, помещенный в записку, выполняется карандашом или с использованием компьютерной техники по правилам ЕСКД на формате А4 и располагается в последовательности текста записки; графический материал должен иметь подрисуночные надписи.

В конце записки приводится перечень использованной литературы в алфавитном порядке. При выполнении работы должны использоваться единицы СИ (международной системы единиц).

Объем пояснительной записки не должен превышать 20-25 страниц.

Исходные данные к задачам 1-9 приведены в приложении.

СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Задача 1

Для заданных в табл. 1 приложения исходных данных рассчитать и выбрать посадку с зазором для подшипника скольжения. Построить схему расположения полей допусков выбранной посадки с указанием числовых значений размеров, отклонений, допусков и зазоров.

Задача 2

Для заданных в табл. 2 приложения исходных данных рассчитать и выбрать посадку с натягом для гладкого цилиндрического сопряжения. Построить схему расположения полей допусков выбранной посадки с указанием числовых значений размеров, отклонений, допусков и натягов.

Задача 3

Рассчитать предельные размеры рабочих калибров (скобы и пробки) для деталей, образующих выбранную в задаче 2 посадку с натягом; построить схему расположения полей допусков калибров с указанием числовых значений размеров и отклонений; вычертить рабочие чертежи калибров.

Задача 4

Для заданного подшипника качения и условий его функционирования (табл. 3 приложения) выбрать посадки для сопряжений: внутреннее кольцо-вал, наружное кольцо-отверстие корпуса.

Задача 5

Исходя из условий работы заданной сборочной единицы, отыскать замыкающее звено и составить размерную цепь. Решить размерную цепь расчетом на максимум-минимум.

Задача 6

Для заданного резьбового сопряжения (табл. 4 приложения) определить номинальное значение среднего и внутреннего диаметров резьбы, выбрать по стандарту предельные отклонения и рассчитать предельные размеры наружной и внутренней резьбы.

Задача 7

По исходным данным (табл. 5 приложения) выполнить рабочий чертеж прямозубого эвольвентного зубчатого колеса внешнего зацепления с исходным контуром по ГОСТ 13755-81 (СТ СЭВ 308-76), определить для данного колеса комплекс показателей по нормам кинематической точности, плавности, контакта зубьев и бокового зазора.

Задача 8

Для заданного прямобочного шлицевого сопряжения (табл. 6 приложения) найти предельные отклонения для центрирующих и нецентрирующих элементов, построить схемы расположения полей допусков.

Задача 9

Выбрать допуски и посадки для основных сопряжений заданной сборочной единицы; выполнить чертеж одной из деталей, указанной преподавателем, определить и назначить технические требования на ее изготовление.

МЕТОДИКА РАСЧеТА И ВЫБОРА ПОСАДОК С ЗАЗОРОМ В ПОДШИПНИКАХ СКОЛЬЖЕНИЯ

Выбор посадок в подшипниках скольжения основан на определении условий, обеспечивающих жидкостное трение между вращающейся цапфой и вкладышем подшипника (в подшипниках скольжения вал назван цапфой, втулка – вкладышем).

Расчет ведется из условий вращения вала в опорном подшипнике с постоянной скоростью при постоянном по величине и направлению давлении вала на опору. Наибольшее распространение получили гидродинамические подшипники, в которых смазочный материал увлекается вращающейся цапфой или вкладышем подшипника. В результате этого возникает гидродинамическое давление, превышающее нагрузку на опору и стремящееся расклинить поверхность цапфы и вкладыша. При этом вал отделяется от поверхности вкладыша и смещается по направлению вращения (рис. 1).

Когда вал находится в состоянии покоя, поверхность опорной цапфы соприкасается с вкладышем подшипника по нижней образующей, а по верхней имеется зазор: S = D - d. При определенной частоте вращения вала (остальные факторы постоянны) создается равновесие гидродинамического давления и сил, действующих на опору.

Положение вала в состоянии равновесия определяется абсолютным ℮ и относительным c = 2℮/S эксцентриситетами. Поверхности цапфы и вкладыша при этом разделены переменным зазором, равным h_min в месте их наибольшего сближения и h_max = S - h_min на диаметрально противоположной стороне. Наименьшая толщина масляного слоя h_min связана с относительным эксцентриситетом c зависимостью [1]:

. (1)

Рис. 1. Схема положения цапфы в состоянии покоя (штриховая линия)

и при установившемся режиме работы подшипника: О – центр вкладыша;
О₁ – центр цапфы в состоянии покоя; О'₁ – центр цапфы в режиме работы

Согласно гидродинамической теории смазки, несущая способность слоя в подшипнике (при его неразрывности) определяется следующим выражением [1]:

, (2)

где R – радиальная нагрузка, Н;

m – динамическая вязкость смазки, H·c/м²;

w – угловая скорость вращения вала, рад/с;

l – номинальная длина подшипника, м;

d – номинальный диаметр соединения, м;

y – относительный зазор, равный отношению ;

C_R – безразмерный коэффициент нагруженности подшипника.

Относительный зазор y определяется по эмпирической формуле:

, (3)

где V – окружная скорость вращения цапфы, м/с:

. (4)

Определив окружную скорость вращения цапфы V и подсчитав величины относительного зазора y и оптимального диаметрального S = D - d, выбирают посадку по стандартным таблицам предельных зазоров таким образом, чтобы величина среднего зазора выбранной посадки Sбыла наиболее близка к расчетной величине зазора S:

, (5)

где S_min, S_max – значения наибольшего и наименьшего зазоров выбранной посадки. Посадки рекомендуется назначать в системе отверстия. Посадки типа , дающие зазор, равный нулю, выбирать не следует.

Выбранная посадка проверяется на условие неразрывности масляного слоя:

h_min ≥ h_ж.т.≥ К(Rz_D + Rz_d + h_g),

где h_ж.т. – слой смазки, достаточный для обеспечения жидкостного трения;

Rz_D, Rz_d – высота микронеровностей вкладыша и цапфы подшипника;

h_g – добавка, учитывающая отклонения нагрузки, скорости, температуры и других условий работы (в общем случае, когда неизвестны конкретные условия работы подшипника, h_g принимают равным 2 мкм);

К – коэффициент запаса надежности по толщине масляного слоя (принимается ³ 2).

Для определения h_min нужно найти значение относительного эксцентриситета c, который определяется по найденному значению C_R и отношению с помощью табл. 1.

Из (2) имеем:

Следует стремиться, чтобы значение относительного эксцентриситета c ³ 0,3, так как в противном случае могут возникнуть самовозмущающиеся колебания вала. Если c < 0,3, то следует внести изменения в значения исходных данных.

Определив c, находят наименьшую величину масляного слоя выбранной посадки:

где S– среднее значение выбранной посадки.

В заключение находится величина действительного коэффициента запаса надежности:

Посадка обеспечивает жидкостное трение, если K_q > 2.

Таблица 1

Коэффициент нагруженности C_R для подшипников с углом охвата 180° [3]

Относительный эксцентриситет c	Коэффициент нагруженности C_R при l/d
0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3	1,5	2,0
0,3	0,089	0,133	0,182	0,234	0,287	0,339	0,391	0,440	0,487	0,529	0,610	0,673
0,4	0,141	0,209	0,283	0,361	0,439	0,515	0,589	0,658	0,723	0,784	0,891	1,091
0,5	0,216	0,317	0,427	0,538	0,647	0,754	0,853	0,974	1,033	1,111	1,248	1,483
0,6	0,339	0,493	0,655	0,816	0,972	1,118	1,253	1,377	1,489	1,590	1,760	2,070
0,65	0,431	0,622	0,819	1,014	1,199	1,371	1,528	1,689	1,796	1,912	2,099	2,446
0,7	0,573	0,819	1,070	1,312	1,538	1,745	1,929	2,097	2,247	2,379	2,600	2,981
0,75	0,776	1,098	1,418	1,720	1,965	2,248	2,469	2,664	2,838	2,990	3,242	3,671
0,8	1,079	1,572	2,001	2,399	2,754	3,067	3,372	3,580	3,787	3,968	4,266	4,778
0,85	1,775	2,428	3,036	3,580	4,053	4,459	4,808	5,106	5,364	5,586	5,947	6,545
0,9	3,195	4,261	5,214	6,029	6,721	7,294	7,772	8,186	8,533	8,831	9,305	10,091
0,925	5,055	6,615	7,956	9,072	9,992	11,753	11,880	11,910	12,350	12,730	13,340	14,340
0,95	8,393	10,706	12,640	14,140	15,370	16,370	17,180	17,860	18,430	18,910	19,680	20,970
0,975	21,000	25,620	29,170	31,880	33,990	35,660	37,000	38,120	39,040	39,510	41,070	43,110
0,99	65,26	75,86	83,21	88,90	92,89	96,35	98,95	101,200	102,900	104,400	106,800	110,800

Примечание. Промежуточные значения получать интерполяцией табличных значений.

Для выбранной посадки приводится схема расположения полей допусков с указанием предельных размеров и отклонений отверстия и вала, минимального, максимального и среднего зазоров, допусков отверстия, вала и допусков посадки.