ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ 2 страница

Посадки - тугие. Обеспечивают преимущественно натяг. Вероятность получения зазоров относительно мала. Применяются для неподвижных соединений деталей на быстровращающихся валах с дополнительным креплением или без него. Применяются взамен более прочных посадок при увеличенных длинах соединения или когда недопустимы большие деформации деталей.

Посадки - глухие. Наиболее прочные из переходных посадок. Зазоры практически не возникают. Для сборки и разборки требуются значительные усилия: применяются прессы, распрессовочные приспособления, иногда термические методы сборки. Разборка таких соединений производится редко, только при капитальном ремонте. Применяются для центрирования деталей в неподвижных соединениях, передающих большие усилия, при наличии вибраций и ударов (с дополнительным креплением). При небольших нагрузках без дополнительного крепления.

Посадки с натягом

Посадки с натягом предназначены для неподвижных неразъемных соединений деталей без дополнительного крепления (как правило). Относительная неподвижность деталей достигается за счет напряжений, возникающих в материале деталей вследствие деформации их контактных поверхностей. При прочих равных условиях напряжения пропорциональны натягу. Как правило, посадки с натягом вызывают упругие деформации деталей, но в ряде посадок с большими натягами могут возникать и упруго – пластические деформации.

При одном и том же натяге прочность соединения зависит от материала и размеров деталей, шероховатости сопрягаемых поверхностей, способа соединения деталей и т.д. Поэтому выбор посадки следует производить на основе предварительных расчетов натягов и возникающих напряжений.

Различают следующие основные способы сборки деталей при посадках с натягом:

1) сборка под прессом за счет его осевого усилия при нормальной

температуре;

2) сборка с предварительным разогревом охватывающей детали (отверстия) или охлаждением охватываемой детали (вала) до определенной температуры.

Расчет посадок с натягом

Исходными данными для расчета являются:

а) геометрические размеры:

б) - модули упругости вала и втулки.

в) - коэффициенты Пуассона.

г) - пределы текучести материала вала и втулки.

Рисунок 1 – Расчетная схема соединения с натягом

Условие неподвижности соединения:

(1)

где - это условная сила, эквивалентная действию крутящего момента Т и осевой силы .

(2)

- эквивалентная сила трения, возникающая за счет натяга.

N = d¢-D¢ (3)

Формула (3) справедлива для идеального случая: абсолютно гладкие и упругие цилиндры.

На основании формулы (1), используя выводы задачи Ламэ (это задача определения напряжений и перемещений в толстостенных полых цилиндрах).

(4)

где - это наименьший, т.е. гарантированный натяг правильно выбранной посадки с точки зрения неподвижности.

- коэффициенты жесткости вала и отверстия,

, ;

- поправка, учитывающая шероховатость рабочих поверхностей вала и втулки;

- учитывает уменьшение натяга за счет погрешностей формы сопрягаемых поверхностей;

- учитывает влияние центробежных сил (при N<2000об/мин. );

- учитывает ослабление натяга при достижении рабочей температуры;

Вторая часть расчета – проверка прочности соединения.

Условие прочности отверстия (вала):

- для вала.

где - наибольшее давление, которое может возникнуть в зоне контакта при выбранной посадке (при );

- наибольший натяг при данной посадке.

Применение посадок с натягом

Посадки - легкопрессовые. Характеризуются минимальным гарантированным натягом. Установлены в наиболее точных квалитетах (валы 4…6, отверстия 5…7). Применяются, когда крутящие моменты или осевые силы малы; для соединения тонкостенных деталей, не допускающих больших деформаций; для центрирования тяжело нагруженных и быстровращающихся крупногабаритных деталей (с дополнительным креплением).

Посадки - прессовые средние.

Характеризуются умеренными гарантированными натягами, обеспечивающими передачу нагрузок средней величины без дополнительного крепления. Применяются также в тех случаях, когда применение посадок с большими натягами недопустимо по условиям прочности деталей при тяжелых нагрузках с дополнительным креплением. В этих посадках имеют место упругие деформации деталей. Установлены для относительно точных деталей (валы 5…7, отверстия 6…7 кв.)

Посадки - прессовые тяжелые.

Характеризуются большими гарантированными натягами. Предназначены для соединений, на которые воздействуют значительные, в том числе и динамические нагрузки. Применяются без дополнительного крепления. В этих посадках возникают упруго – пластические или пластические деформации деталей. Применяются для деталей, выполненных по 7,8 квалитетам.

Расчет переходных посадок на вероятность получения натягов и зазоров

В основу расчета положено предположение, что размеры отверстия и вала распределяются по нормальному закону с центром группирования в середине поля допуска и средним квадратным отклонением равным . Тогда значения зазора и натяга также будут распределяться по нормальному закону симметрично относительно среднего значения ( ). А вероятность их получения определяется с помощью интегральной функции вероятности F (z)

Æ65

Рисунок 2 – Схема расположения полей допусков посадки Æ65

Ф(z)

1) Определяем:

Макс. натяг N = 39 – 0 = 39 мкм = 0,039 мм

Макс. зазор = 30 – 20 =10 мкм = 0,010 мм

Средний натяг = 14,5 мкм = 0,0145 мм

Допуск отв. = 30 – 0 = 30 мкм = 0,030 мм

Допуск вала = 39 – 20 = 19 мкм = 0,019 мм

2) Определяем среднее квадратное отклонение натяга:

мкм

3) Определяем аргумент интегральной функции F (z):

4) По таблицам по значению Z определяем функцию F (z)

Z = 2,41 Þ F (2,46) = 0,492

5) Рассчитываем вероятность натягов (зазоров):

Вероятность натягов R¢ :

R¢ =0,5+F(Z), если Z>0

R¢ =0,5-F(Z), если Z<0

вероятность зазоров R¢ :

R¢ =0,5-F(Z), при Z>0

R¢ =0,5+F(Z), приZ<0

Z>0 Þ R¢ = 0,5 + 0,492 = 0,992 Þ 99,2 %

R¢ = 0,5 – 0,492 = 0,008 Þ 0,8 %

Рисунок 3 – Схема распределения натягов (зазоров) при нормальном законе

Лекция № 4 «Расчет и конструирование калибров для контроля деталей гладких соединений»

Цель занятия: ознакомиться с конструкциями калибров, правилами конструирования и расчета гладких калибров.

Рассмотрим два понятия: «измерение» и «контроль».

Измерение – это нахождение числового значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств (например, универс. измерит. средств).

Контроль – это проверка соответствия показателей качества продукции установленным требованиям, т.е. определение того, находится ли значение контролируемой физической величины между предельными ее значениями или вне их, исключая процесс измерения.

Калибры – бесшкальные контрольные инструменты, которые позволяют осуществлять контроль детали, исключая процесс измерения.

Каждый из видов измерительных средств имеет свои конкретные области применения:

- калибры применяются для контроля размеров деталей 6– го – 17– го квалитетов при известных номинальных размерах в пределах 1…500 мм.

Классификация калибров.

По виду контролируемых изделий и параметров:

- гладкие для цилиндрических изделий;

- резьбовые;

- шлицевые;

и др.

По числу единовременно контролируемых элементов:

- элементные – для контроля отдельных линейных размеров;

- комплексные – для одновременного контроля нескольких элементов.

По условиям оценки годности деталей:

- нормальные;

- предельные.

При контроле нормальными калибрами годность проверяемых элементов оценивают на основании субъективных ощущений контролирующего (т.к. нормальный калибр должен проходить без усилия, но и без зазора).

Предельные калибры ограничивают размеры деталей, распределяя их на три группы:

- годные;

- брак вследствие перехода за верхнюю границу допуска;

- брак вследствие перехода за нижнюю границу допуска.

Для работы с предельными калибрами требуется меньшая квалификация рабочего и контролёра и повышается объективность процесса контроля.

Предельные калибры изготовляют попарно. Один из них называют проходным, а другой непроходным.

Рисунок 1 – Схема контроля деталей гладкими калибрами

Для внутренних измерений номинальный размер проходного калибра выполняют по номинальному, а непроходного по наибольшему предельным размерам.

Для наружных измерений номинальный размер проходного калибра выполняют по наибольшему, а непроходного по наименьшему предельным размерам.

Проверяемое изделие считают годным, если проходной калибр проходит, а непроходной калибр не проходит в проверяемое изделие (Показать на образцах).

Если проходной калибр не проходит, то деталь является исправимым браком, если непроходной калибр проходит, то деталь – неисправимый брак.

По технологическому назначению калибры подразделяют на:

- рабочие;

- контрольные.

Рабочие калибры используют для контроля деталей на рабочих местах в процессе их изготовления. Этими калибрами пользуются рабочие и контролеры ОТК завода – изготовителя.

Контрольные калибры предназначены для контроля или регулировки рабочих калибров. Они являются непроходными и служат для изъятия и эксплуатации вследствие износа проходных рабочих калибров – скоб.

Согласно действующим стандартам калибры имеют следующие обозначения:

Р – ПР – проходной рабочий калибр;

Р – НЕ – непроходной рабочий калибр;

К – ПР – контрольный калибр для проходного рабочего (нового) калибра;

К – НЕ – контрольный калибр для непроходного рабочего (нового) калибра;

К – И – контрольный калибр для контроля износа проходной стороны рабочего калибра.

Конструкции калибров.

Для контроля валов используют главным образом скобы. Основные конструкции калибров – скоб установлены ГОСТ 18355 – 73 ¼18368 – 73. Наиболее распространены односторонние двух предельные скобы (Показать!). Применяют также регулируемые скобы, которые можно настраивать на различные размеры.

Регулируемые скобы имеют меньшую точность и надежность, поэтому их применяют для контроля изделий 8 – го и грубее квалитетов.

Для контроля отверстий применяют калибры – пробки конструкции, которых установлены ГОСТ 14807 - 69¼14827 – 69. Калибры – пробки могут быть двухсторонними для размеров до 50 мм и односторонними для размеров свыше 50 мм.

Для снижения затрат на калибры стремятся увеличить их износостойкость. Для изготовления калибров используются стали марок 20; 20Х; У7; У8; ХВГ; ШХ15; Для рабочих поверхностей калибров используются пластинки из твердых сплавов ВК –6, ВК – 8.

Калибры, оснащенные сплавами имеют износостойкость в 50¼150 раз выше, чем стальные.

Основной принцип конструирования калибров

При конструировании предельных калибров следует соблюдать принцип подобия (принцип Тейлора), согласно которому проходные калибры должны являться прототипом сопрягаемой детали с длиной, равной длине соединения (т.е. калибры для валов должны иметь форму колец), и контролировать размеры по всей длине соединения с учетом погрешностей формы деталей.

Непроходные калибры должны иметь малую измерительную длину и контакт, приближающийся к точному, чтобы проверять собственно только размер детали.

На практике иногда приходится отступать от принципа подобия вследствие неудобства контроля. Например, контроль проходным кольцом потребовал бы

снятия детали, закрепленной в центрах станка. Поэтому вместо колец применяют проходные скобы с широкими измерительными поверхностями.

Маркировка калибров.

На калибрах наносят следующую маркировку:

- номинальный размер изделия; (Æ70)

- условное обозначение предельных отклонений изделия (Н7);

- величины предельных отклонений изделия в мм;

- обозначение калибра (ПР, НЕ);

- товарный знак завода – изготовителя.

Допуски на изготовление гладких калибров.

Допуски на изготовление гладких калибров и контркалибров регламентированы ГОСТ 24853 – 81, который предусматривает следующие допуски:

Рисунок 4.2 – Схема расположения полей допусков калибров для контроля отверстий

Рисунок 4.3 – Схема расположения полей допусков калибров для контроля валов и контркалибров

В квалитетах 6,8 ¼10 допуски для скоб на 50 % больше допусков Н для пробок, что объясняется большей сложностью изготовления скоб. Допуски для всех типов контрольных калибров одинаковы.

Для проходных калибров, которые изнашиваются в процессе контроля, предусмотрен допуск на износ. Допустимый выход размера изношенного калибра за границу поля допуска изделия регламентируется величиной У для пробок и величиной для скоб. В квалитетах 9–ом и грубее У и = 0.

Для всех проходных калибров поля допусков Н и Н сдвинуты внутрь поля допуска изделия на величину Z для пробок и величину Z для скоб.

При номинальных размерах > 180 мм поле допуска непроходного калибра и граница износа ПР калибра также сдвигается внутрь поля допуска детали на величину a для пробок и величину a для скоб.

Расчет исполнительных размеров калибров.

Исполнительным называют предельный размер калибра, по которому изготовляют новый калибр.

Исполнительным размером скобы служит её наименьший предельный размер с положительным отклонением, для пробки и контркалибра – их наибольший предельный размер с отрицательным отклонением. Таким образом, на чертеже отклонение проставляют в «тело» калибра.

Рассмотрим пример расчета исполнительных размеров калибра.

Пример. Определить предельные и исполнительные размеры калибров для контроля вала Æ90к6.

По ГОСТ 25347 – 82 находим предельные отклонения вала:

еs = +25 мкм

еi = +3 мкм

Наибольший и наименьший предельные размеры вала:

d = 90 + 0,025 = 90,025 мм

= 90 + 0,003 = 90,003 мм

По ГОСТ 24853 – 81 для квалитета 6 и интервала размеров 80 120 мм находим данные для расчета размеров калибров:

= 6 мкм

= 5 мкм

= 4 мкм

= 2,5 мкм

Строим схему расположения полей допусков:

Рисунок 4.4 – Схема расположения полей допусков калибров и контркалибров для d=90k6

Наименьший размер проходного нового калибра – скобы:

ПР

Наибольший размер изношенного проходного калибра – скобы:

ПР = 90,025 + 0,004 = 90,029 мм

Наименьший размер непроходного калибра – скобы:

НЕ = 90,003 – 0,003 = 90,000 мм

Исполнительные размеры для простановки на чертеже:

90,017 ; 90,000

Размеры контрольных калибров:

К - ПР = 90,025 – 0,005 + 0,00125 = 90,02125 мм

К - НЕ = 90,003 + 0,00125 = 90,00425 мм

К - И = 90,025 + 0,004 + 0,00125 = 90,03025 мм

Исполнительные размеры для простановки на чертеже:

90,02125

90,00425

90,03025

Лекция № 5 «Допуски и посадки подшипников качения»

Подшипники служат опорами для валов и вращающихся осей. Во избежание снижения к.п.д. механизма потери в подшипниках должны быть минимальными. От качества подшипников в значительной степени зависит работоспособность и долговечность машин. По виду трения подшипники делятся на подшипники скольжения и подшипники качения. Сегодня мы рассмотрим особенности посадок подшипников качения. Это особая группа посадок ГЦС.

Подшипники качения – это стандартные сборочные единицы повышенной точности, которые изготовляются на специализированных подшипниковых заводах на специальном оборудовании повышенной точности.

Промышленностью стран СНГ изготовляются подшипники наружным диаметром от 1,5 до 2600 мм. Подшипники Æ20¼200 мм выпускаются крупными сериями.

Подшипники обладают полной внешней взаимозаменяемостью по присоединительным поверхностям, определяемым наружным диаметром наружного кольца и внутренним диаметром внутреннего кольца и неполной внутренней взаимозаменяемостью между телами качения и кольцами.

Кольца подшипников и тела качения подбирают селективным методом. Полная внешняя взаимозаменяемость позволяет быстро монтировать и заменять изношенные подшипники качения при сохранении их хорошего качества.

Классы точности подшипников качения.

Качество подшипников при прочих равных условиях определяется:

1) точностью присоединительных размеров d, D, ширины колец В, а для роликовых радиально – упорных подшипников ещё и точностью монтажной высоты; точностью формы и взаимного расположения поверхностей колец подшипников и их шероховатостью; точностью формы и размеров тел качения в одном подшипнике и шероховатостью их поверхностей; (ГОСТ 3478 – 79. подшипники качения. Основные размеры.)

2) точностью вращения, характеризуемой радиальным и торцовым биениями дорожек качения и торцов колец.

В зависимости от указанных показателей точности ГОСТ 520 – 71 «Подшипники шариковые и роликовые. Технические требования» устанавливает пять классов точности в порядке повышения точности: 0; 6; 5; 4; 2.

Пример. Допускаемое радиальное биение дорожки качения внутренних колец подшипников 2–го класса точности в 10 раз меньше, чем для подшипников 0–го класса.

Для большинства механизмов общего назначения применяют подшипники 0–го класса точности. Подшипники более высоких классов точности применяют при больших частотах вращения и в случаях, когда требуется высокая точность вращения вала.

Пример:

а) шпиндели токарных станков опираются на подшипники 5–го класса;

б) ¾/¾ шлифовальных станков ¾/¾ 4–го класса;

в) в гироскопических приборах используют подшипники 2–го класса.

Класс точности указывают через тире перед условным обозначением подшипника: 6 – 312; 312 (0 класс).

Чтобы обеспечить нормальный срок службы подшипников качения, сопрягаемые с ними детали должны иметь определенную точность следующих параметров:

а) размеров;

б) формы поверхностей;

в) расположения поверхностей;

г) шероховатость.

а) сопрягаемые детали выполняются по следующим квалитетам:

б) отклонение формы (допуск цилиндричности) отверстия и вала не должно превышать 1/4 допуска на размер для подшипников 0-го и 6-го классов.

Класс подшипника	Допуск цилиндричности отверстия и вала
0; 6   4; 5

г) шероховатость посадочных поверхностей валов и отверстий в корпусах не должна превышать следующих величин. (параметр R ).

Класс подшипника	Валы	Отверстия
d 80мм	d > 80мм	D 80мм	D > 80мм
0; 6; 5	1,25 0,63	2,5 1,25	1,25 0,63	2,5 1,25
	0,32	0,63	0,63	1,25

Кроме указанных факторов существенное влияние на срок службы подшипников оказывают его посадки на вал и в корпус. (ГОСТ 3325 – 85. Подшипники шариковые и роликовые. Посадки).

Для сокращения номенклатуры подшипники изготовляют с отклонениями внутреннего и наружного диаметров, не зависящими от посадки, по которой их будут монтировать. Для всех классов точности верхнее отклонение присоединительных диаметров принято равным 0.

Таким образом, диаметры наружного кольца и внутреннего кольца приняты соответственно за диаметры основного вала и основного отверстия, т.е. для соединения внутреннего кольца с валом применяется система отверстия, а для соединения наружного кольца с корпусом – система вала.

Наиболее существенным отличием подшипниковых посадок от обычных является расположение поля допуска отверстия внутреннего кольца подшипника. Это отверстие основное, но поле допуска его расположено вниз от нулевой линии.

Применяя такие поля допусков валов, как js, k, m, n, которые с обычным полем допуска отверстия давали бы переходные посадки, получим в данном случае посадки с натягом.

Условия работы подшипников разнообразны, поэтому стандарт рекомендует целый ряд посадок для наружного и внутреннего колец.

Посадки подшипников качения на вал и в корпус выбирают в зависимости от типа и размера подшипника, условий его эксплуатации, значения и характера действующих нагрузок и вида нагружения колец. Различают три основных вида нагружения колец: местное, циркуляционное, колебательное.

При местном нагружении кольцо воспринимает постоянную по направлению результирующую радиальную нагрузку лишь ограниченным участком окружности дорожки качения и передает её соответствующему ограниченному участку посадочной поверхности вала или корпуса. Такое нагружение возникает, например, когда кольцо не вращается относительно нагрузки.