КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация»

КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация»







7. РАСЧЕТ ТОЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И ИХ КОНТРОЛЬ
Задание выполняется в соответствии с вариантом, приведенным в
[6, с.13– 16; 7; приложение Л].
Исходные данные [7, с. 15, вариант 52, часть 8]:
– чертеж редуктора изображен в [7, рис. Л.6];
– номер позиции шестерни (обозначение) в [7, рис. Л.6] – 4,
число зубьев Z4 = 35;
– номер позиции колеса (обозначение) в [7, рис. Л.6] – 5,
число зубьев Z5 = 65;
– модуль m = 4 мм;
– угол наклона зубьев βд = 15º;
– температура колеса t1 = 60 ºC;
– температура корпуса t2 = 35 ºC;
– окружная скорость V = 20 м/с.
1. Устанавливаем, к какой группе по эксплуатационному назначению
относится зубчатая передача.
Согласно классификации, приведенной в методических указаниях
[6, с. 13–14], и рекомендациям справочника [10, с. 425, табл. 5.12], зубчатая
передача по эксплуатационному назначению относится ко второй группе –
скоростные (окружная скорость V до 20 м/с для прямозубых колес). Основной
эксплуатационный показатель передачи – плавность работы, то есть отсутствие
циклических погрешностей, многократно повторяющихся за оборот колеса.
2. Устанавливаем степень точности зубчатых колес по нормам
кинематической точности, плавности и контакта зубьев.
2.1. Согласно данным, приведенным в справочнике [10, с. 425,
табл. 5.12], при окружной скорости V до 20 м/с степень точности зубчатых
колес по плавности работы – 5 (прецизионные, то есть зубчатые колеса для
делительных механизмов, работающих при высоких скоростях, требующие
высокой плавности и бесшумности).
2.2. В примечании [10, с. 427, табл. 5.12, примечание обозначено
знаком – **] даны рекомендации для выбора степени по нормам
кинематической точности – степень по нормам кинематической точности
может быть на одну степень грубее степени точности по плавности. Принимаем
степень по нормам кинематической точности – 6.
2.3. Выбор показателя точности по нормам контакта зависит от величины
коэффициента осевого перекрытия, который определяется по формуле:
m
B w д




 
sin
,
где Bw – рабочая ширина венца зубчатого колеса, мм;
βд – угол наклона зубьев, град.;
m – модуль зубчатого колеса (нормальный), мм.
Рабочую ширину венца зубчатого колеса определяем следующим образом:
в [7, рис. Л.6] указан размер диаметра вала, обозначенный поз. 13 (в [7, с. 14,
вариант 52, часть 1; приложение Л] приведен номинальный размер соединения
(d или d1)), d = 52 мм;
– измеряем линейкой размер вала на чертеже – 11 мм;
– находим масштаб чертежа – 52/11;
– измеряем линейкой ширину зубчатого колеса поз. 5 – 11 мм;
– находим истинный размер ширины колеса – Bw = (52/11)·11 = 52 мм
1,0715.
3,14 4
52 sin15


 
  
Согласно рекомендациям, приведенным в справочнике [10, с. 411,
табл. 5.6], для передачи с коэффициентом εβ < 1,25 и m > 1 мм степени
точности по нормам контакта – 3–12. Выбираем степень точности по нормам
контакта при εβ ≤ 1,25 на одну степень грубее норм плавности (рекомендации
приведены [6, с. 14]) – 6.
2.4. Выбираем контролируемые показатели для назначенных степеней
точности (плавности работы, кинематической точности и контакта зубьев) и
числовые значения допусков показателей.
2.4.1. Для 5 степени точности по плавности работы из [10, с. 410,
табл. 5.5] выбираем контролируемый показатель – f’ir (местная кинематическая
погрешность зубчатого колеса). По [10, с. 415–417, табл. 5.9] определяем
допуск на местную кинематическую погрешность колеса – f’i.
Допуск f’i зависит от размера делительного диаметра колеса.
Определяем размер делительного диаметра зубчатого колеса:
d = m∙Z5 = 4∙65 = 260 мм.
Допуск на местную кинематическую погрешность колеса для 5 степени
точности при m ≥ 1 и d = 260 мм равен 18 мкм (f’i = 18 мкм, т. е. наибольшая
разность между местными соседними максимальными и минимальными
значениями кинематической погрешности зубчатого колеса за один оборот не
должна превышать 18 мкм).
2.4.2. Для 6 степени точности по кинематической точности из
[10, с. 409, табл. 5.4] выбираем контролируемый показатель – Fpr (накопленная
погрешность шага по зубчатому колесу). По [10, с. 413–414, табл. 5.8]
определяем допуск на накопленную погрешность шага зубчатого колеса – Fp.
Допуск на накопленную погрешность шага зубчатого колеса для 6 степени
точности при m ≥ 1 и d = 260 мм равен 63 мкм (Fp = 63 мкм, т. е. наибольшая
алгебраическая разность значений накопленных погрешностей в пределах
зубчатого колеса не должна превышать 63 мкм).
2.4.3. Для 6 степени точности по нормам контакта зубьев из [10, с. 411,
табл. 5.6] выбираем контролируемый показатель – Fβr (погрешность
направления зуба). По [10, с. 418–419, табл. 5.10] определяем допуск
погрешности направления зуба – Fβ.
Допуск погрешности направления зуба для 6 степени точности при m ≥ 1
и ширине зубчатого венца Bw = 52 мм равен 12 мкм (Fβ = 12 мкм, т.е.
расстояние между двумя ближайшими друг к другу номинальными
делительными линиями зуба в торцевом сечении, между которыми
размещается действительная делительная линия зуба, соответствующая
рабочей ширине зубчатого колеса, не должно превышать 12 мкм).
3. Рассчитываем гарантированный боковой зазор в передаче.
Боковой зазор в передаче, необходимый для компенсации температурных
деформаций и размещения смазочного материала, определяется по формуле
[5, с. 317]:
jn min= Vсм + aw(α1Δt1º – α2Δt2º)2sinα,
где Vсм – толщина слоя смазочного материала между зубьями, мм;
aw – межосевое расстояние, мм;
α1 – температурный коэффициент линейного расширения материала
колеса, ºС-1 (для стального колеса α1 = 11,5·10-6 ºС-1);
α2 – температурный коэффициент линейного расширения материала
корпуса редуктора, ºС-1 (для чугунного корпуса α2 = 10,5·10-6 ºС-1);
Δt1º – отклонение температуры колеса от 20 ºС;
Δt2º – отклонение температуры корпуса редуктора от 20 ºС;
α – угол профиля исходного контура, град. (α = 20º).
Толщина слоя смазочного материала в мм определяется по формуле:
Vсм = (0,01– 0,03)m,
где 0,01 – для тихоходных передач;
0,03 – для быстроходных передач.
Принимаем 0,03, так как наша передача скоростная.
Vсм = 0,03·4 = 0,12 мм.
Межосевое расстояние определяется по формуле:
200
2
4 35 4 65
2
4 5 
  



mZ mZ
aw мм.
Отклонение температуры колеса от 20 ºС:
Δt1º = 60 – 20 = 40 ºС.
Отклонение температуры корпуса редуктора от 20 ºС:
Δt2º = 35 – 20 = 15 ºС.
Гарантированный боковой зазор в передаче:
jn min = 0,12 + 200·(11,5·10-6·40 – 10,5·10-6·15)·2·sin20º = 0,161 мм.
Определяем вид сопряжения по [10, с. 433–434, табл. 5.17]. Для зубчатого
колеса с m ≥ 1 мм, aw = 200 мм и jn min = 0,161 мм (161 мкм) –
вид сопряжения B.
Выбираем показатель, обеспечивающий гарантированный боковой зазор
по [10, с. 433, табл. 5.16] – far (отклонение межосевого расстояния).
По виду сопряжения определяем предельные отклонения межосевого
расстояния ± fa [10, с. 434, табл. 5.17]:
aw = 200 ± fa = (200 ± 0,090) мм.
4. Схемы измерения всех назначенных параметров [5, с. 327-330].
4.1. Местная кинематическая погрешность зубчатого колеса может быть
проконтролирована на приборах для измерения кинематической точности, в
частности путем определения ее гармонической составляющей – наибольшей
разности между местными соседними максимальными и минимальными значениями кинематической погрешности зубчатого колеса за один оборот. Кинематическую погрешность зубчатых колес 1 и 6 (одно из колес образцовое, а другое проверяемое) контролируют на приборах со стеклянными лимбами 2 и 5, имеющими радиальные штрихи с ценой деления 2'. Перемещение штрихов вызывает импульсы тока в фотодиодах. Сдвиг фаз импульсов, вызванный кинематической погрешностью в зубчатой паре и несогласованностью вращения зубчатых колес, определяется фазомером 3 и записывающим самописцем 4.
4.2. Накопленную погрешность шага можно проконтролировать на приборе, схема которого приведена ниже. При непрерывном вращении зубчатого колеса 5 в электронный блок 2 поступают импульсы от кругового фотоэлектрического преобразователя 4, установленного на одной оси с измерительным колесом, выдающего командный импульс при заданном положении зуба. При появлении командного импульса самописец 3 фиксирует ординату погрешности шага колеса.
4.3. Измерение погрешности направления зуба прямозубых колес осуществляется на приборах, у которых существует каретка с точными продольными направляющими и измерительный наконечник перемещается вдоль оси измеряемого колеса.
1 – стол с продольным перемещением совместно с проверяемым колесом; 2 – поперечная каретка; 3 – шпиндель; 4 – проверяемое колесо; 5 – измерительный узел; 6 – микроскоп; 7 – линейка, которую можно точно устанавливать на заданный угол.
4.4. Измерение колебаний межосевого расстояния за один оборот в двухпрофильном зацеплении можно выполнить на приборе МЦ-400 для измерения межосевого расстояния. На оправки 4 и 5 насаживают контролируемое 6 и образцовое 3 зубчатые колеса. Оправка 5 расположена на неподвижной каретке 7, положение которой может изменяться лишь при настройке на требуемое межцентровое расстояние. Оправка 4 расположена на неподвижной каретке 2, которая поджимается пружиной так, что зубчатая пара 3–6 находится всегда в плотном соприкосновении по обеим сторонам профилей зубьев. При вращении зубчатой пары вследствие неточностей ее изготовления измерительное межосевое расстояние измеряется, что фиксируется отсчетным или регистрирующим прибором 1.
5. Выполняем рабочий чертеж зубчатого колеса [10, с. 451]. Правила выполнения чертежей цилиндрических зубчатых колес по ГОСТ 2.403-75 (конструкция и форма колеса должна соответствовать заданию).
Наружный диаметр зубчатого колеса определяется по формуле:
dнар = mZ5 + 2m = 4·65 + 2·4 = 268 мм.
Определение размеров шпоночного соединения приведено в
задаче 5 на с. 24–27 данных методических указаний (назначение и обоснование
посадок шпоночного соединения, и его контроль). Если шлицевое соединение –
в задаче 6 на с. 28–31.
Радиальное биение зубчатого колеса берется 12 , 20 или 30 % от допуска
на наружный диаметр зубчатого колеса (по усмотрению студента). Допуск
торцевого биения зубчатого колеса берется 25, 40 или 60 % от допуска на
размер ширины колеса (по усмотрению студента).
6. Определяем допуск для знака «радиальное биение» от допуска размера
  0,52 268h12   .
Допуск размера   0,52 268h12   :
Td268h12 = es – ei = 0 – (– 0,52) = 0,52 мм.
Допуск для знака «радиального биения»
Т↑ = 0,3Td268h12 = 0,3·0,52 = 0,156 мм.
7. Определяем допуск для знака «торцовое биение» от допуска
размера )
0,74
52h9(  .
Допуск размера )
0,74
52h9(  :
Тd52h9 = es – ei = 0 – (– 0,74) = 0,74 мм.
Допуск для знака «торцовое биение»:
Т↑ = 0,3Td52h9 = 0,3·0,74 = 0,222 мм.
8. Определяем допуск для знака «отклонение от симметричности» от
допуска размера   0,0215
0,0215 14JS9 
 .
Допуск размера   0,0215
0,0215 14JS9 
 :
TD14JS9 = ES – EI = 0,0215 – (– 0,0215) = 0,043 мм.
Допуск для знака «отклонение от симметричности»:
T÷ = 0,4TD14JS9 = 0,4·0,043 = 0,0172 мм.
9. Принимаем (см. чертеж зубчатого колеса):
допуск для знака «радиальное биение» Т↑ = 0,15 мм;
допуск для знака «торцовое биение» Т↑ = 0,22 мм;
допуск для знака «отклонение от симметричности» T÷ = 0,017 мм.