Курсовая работа по дисциплине Нормирование точности и технические измерения

Чертеж.cdw

Спец.spw

Гайка М4 ГОСТ5927-70
Подшипник 1000906 ГОСТ8338-75
Подшипник 1000088 ГОСТ8338-75
Подшипник 1000096 ГОСТ8338-75

Колесо зубчатое.cdw

Неуказанные литейные радиусы-1
Неуказанные предельные отклонения
Точность зубчатого колеса в
соответствии с ГОСТ 1643-81
Венец Сталь 40Х ГОСТ 4543-71
Ступица СЧ 15 ГОСТ1412-79

Вал.cdw

Неуказанные предельные отклонения H14
Сталь 40Х ГОСТ 4345-71

Спецификация.spw

Чертеж.cdw

Записка.doc

Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования ”Полоцкий государственный университет“
По дисциплине «Нормирование точности и технические измерения»
Старший преподаватель
Задание на курсовую работу3
1. Расчет и выбор посадки с натягом5
2 Расчет и выбор посадок подшипников качения9
3. Выбор посадок для гладких цилиндрических соединений
4. Выбор степеней точности и посадок резьбового соединения13
5. Выбор и расчет точности зубчатых колес и передач. 16
6. Определение допусков и предельных отклонений размеров входящих в размерную цепь 17 1.7.Выбор шпонки 23 Литература 24
Современные методы контроля качества цилиндрических
Задание на курсовую работу.
Наименование параметров
Требование к зубчатой передачи
С сильными толчками и вибрацией перегрузка до 300%
материал венца зуб. колеса
материал втулки зуб. колеса
диаметр соединения мм
шероховатость сопрягаемых поверхн. мкм
Резьба крепежная M5×05;M10×1;
Размеры размерной цепи мм
Одной из главных целей конструктора в ходе проектирования и конструирования новых и усовершенствования устаревших изделий является разработка чертежной документации для чертежей обеспечивающей необходимую технологичность и высокое качество изделий.
Цель курсовой работы по дисциплине “Нормирование точности и технические измерения”:
) Приобретение студентом необходимых знаний и навыков для расчета и выбора допусков и посадок типовых соединений деталей машин:
- расчет и выбор посадки с натягом;
- расчет и выбор посадок подшипников качения;
- выбор посадок для гладких цилиндрических соединений методом подобия;
- выбор допусков и посадок шлицевого соединения;
- выбор степеней точности и посадок резьбового соединения;
- выбор и расчет точности зубчатых колес и передач;
) Определение допусков и предельных отклонений размеров входящих в размерную цепь
) Нормирование точности формы и расположения шероховатости поверхностей узла.
Достоинствами курсовой работы по сравнению с другими видами обучения являются практически полная самостоятельность студента во время её выполнения необходимость использования знаний из других параллельных областей.
1.Расчет и выбор посадки с натягом.
Посадки с натягом предназначены для образования неподвижных соединений. Величина натяга складывается из деформации сжатия и деформации растяжения контактных поверхностей соответственно вала и отверстия. Упругие силы возникающие при деформации создают на поверхности деталей напряжение препятствующее и взаимному смещению.
Определяем минимальный и максимальный функциональный натяги по формулам:
где Т=600– вращающий момент;
где диаметр и длина соединения;
– коэффициенты жесткости конструкции;
– модуль упругости материалов охватывающей детали и вала ([1] т.1 табл. 1.106 стр.335);
f =015 – коэффициент трения ([2] табл.9.2 стр.225);
– наибольшее допустимое давление на поверхности контакта вала и охватывающей детали при котором отсутствуют пластические деформации .
Коэффициенты жесткости конструкции определяем по формулам ([2] стр.223):
где – наружный диаметр охватывающей детали (шкива) м;
– внутренний диаметр полого вала;
– коэффициенты Пуассона ([1] табл.1.106 стр.335).
Наибольшее допустимое давление определяется по формулам:
а) для охватывающей детали
где (приложение 2 таблица 2 методических указаний к выполнению курсовой работы) – предел текучести материалов охватывающей детали и вала.
Рассчитываем минимальный и максимальный функциональный натяги:
Определяем поправки к найденным значениям
а) u – смятие неровностей ([2] стр.224)
где – коэффициенты учитывающие величину смятия неровностей (приложение 2 таблица 3 методических указаний к выполнению курсовой работы).
б) поправка учитывает различие рабочей температуры и температуры сборки и различие коэффициентов линейного расширения материалов вала и отверстия. ([2] стр. 225)
где и – коэффициенты линейного расширения материала деталей (приложение 2 таблица 2 методических указаний к выполнению курсовой работы);
и – рабочие температуры деталей;
t – температура сборки деталей;
Так как рабочая температура равна температуре сборки то значение поправки равно 0.
Определяем и c учетом поправок:
Находим функциональный допуск посадки:
Распределяется функциональный допуск между эксплуатационным и конструктивным допусками таким образом чтобы .
Определяем число единиц допуска а и соответствующий ему квалитет
где i – число единиц допуска мкм
Выбираем 8-й квалитет ([1] т.1 стр. 67 и 156).
Выбираем стандартную посадку по ГОСТ 25347-82 (СТ СЭВ 144-75) при этом соблюдаем следующие условия:
Проверяем посадку в системе отверстия по 8-му квалитету – H8u8 ([1] т.1 табл. 1.18 стр. 67)
Т.к. все условия выполняются принимаем посадку H8u8 .
Данные по выбору ст. посадки
Параметры стандартной посадки
Поля допусков и предельные отклонения мкм
Схема полей допусков
2. Расчёт и выбор посадок подшипников качения
2.1. Выбор класса точности подшипника.
Выбор класса точности подшипника производится в зависимости от условий работы механизма. Выберем 0-ой класс точности. При этом выписываем отклонения на средние значения диаметров колец - для внутреннего диаметра и - для наружного ([1] стр.805)
При выборе посадок различают три основных вида нагружения колец: местное циркуляционное и колебательное. Виды нагружения колец определяются в зависимости от условий работы подшипников ([1] стр.813). Т.к. происходит вращение вала то вращающееся кольцо подшипника должно быть смонтировано с натягом исключающим возможность обкатки и проскальзывания этого кольца по посадочной поверхности вала такой вид нагружения внутреннего кольца – циркуляционный. Наружное кольцо должно быть установлено в корпусе с небольшим зазором. При этом наружное кольцо будет воспринимать нагрузку лишь ограниченным участком. Такой вид нагружения называется местным.
При циркуляционном нагружении колец подшипников на вал и в корпус выбираются в зависимости от значения интенсивности радиальной нагрузки на посадочной поверхности кольца.
Подшипник роликовый конический однорядный 7304А (ГОСТ 27365-87):
r=15; d=20; D=52; B=13; (мм).
Предварительно рассчитываем интенсивность нагрузки подшипника:
где R=8500 – радиальная реакция опоры Н; b=B-2r=13-2·15=10 —рабочая ширина кольца подшипника мм;
=1– динамический коэффициент посадки; F=1.4 – коэффициент учитывающий степень ослабления натяга при полом вале или тонкостенном корпусе; – коэффициент неравномерности распределения радиальной нагрузки в двухрядных подшипниках (=1)([1] стр.814).
Заданным условиям соответствует поле допуска сопрягаемого с подшипником вала k6 ([1] табл.4.82 стр. 818). Подберем посадку для наружного кольца подшипника ([1] табл.4.84 стр.821). Примем посадку H7 .
Подшипник роликовый конический однорядный 7306А (ГОСТ 27365-87):
r=1; d=30; D=62; B=14; (мм).
где R=10000 – радиальная реакция опоры Н; b=B-2r=14-2·1=12 —рабочая ширина кольца подшипника мм;
=1– динамический коэффициент посадки; F=1.4 – коэффициент учитывающий степень ослабления натяга при полом вале или тонкостенном корпусе; – коэффициент неравномерности распределения радиальной нагрузки в двухрядных подшипниках (=1).
Заданным условиям соответствует поле допуска сопрягаемого с подшипником вала k6. Подберем посадку для наружного кольца подшипника. Примем посадку H7 .
Подшипник роликовый конический однорядный 7310А (ГОСТ 27365-87):
r=2; d=50; D=110; B=23; (мм).
где R=12500 – радиальная реакция опоры Н; b=B-2r=23-2·2=19 —рабочая ширина кольца подшипника мм;
Итоговые данные по выбору и расчету посадок подшипников качения.
Допуски формы и расположения поверхностей мкм
Размеры с предельными отклонениями мм
3. Выбор посадок для гладких цилиндрических соединений методом подобия.
3.1. Выбор посадок для соединений «крышки подшипников – корпус».
Соединение буртика крышки подшипника с корпусом должно быть выполнено с зазором. В случае глухой крышки это соединение можно считать неответственным. Крышка со сквозным отверстием должна обрабатываться по более высокому квалитету чем глухая и более точно центрироваться. Это необходимо для надежной работы сальника или иного защитного уплотнения ([1] стр.300).
Для крышки со сквозным отверстием посадка
Для крышки с глухим отверстием посадка
3.2. Выбор посадок для соединения «кольцо – корпус».
Так как кольцо расположено на одной поверхности с глухой крышкой то посадка его в корпус зависит от посадки глухой крышки в корпус поэтому выбираем посадку H8h8.
соед. на сб. чертеже
Предельные отклонения и допуски мкм
Предельные зазоры и натяги допуски посадок мкм
Корпус– крышка со сквозным отверст.
Корпус– крышка с глухим отверст.
4. Выбор степеней точности и посадок резьбового соединения.
4.1. Выбор параметров резьбового соединения «винт (болт) – корпус (гайка)»
Применяем посадку с зазором так как она позволяет обеспечить быструю и легкую свинчиваемость в том числе при небольшом загрязнении резьбовых деталей или имеющих на рабочих поверхностях антикоррозийных покрытий (1 табл. IV.2 c.984).
Соединение «винт (болт) – корпус (гайка)»
Номинальный диаметр резьбы М6. Для соединения «болт – корпус» выбираем посадку с зазором 6Н6g . Класс точности – средний.
. Шаг резьбы Р=1 мм.
Поля допусков в посадке:
- наружной резьбы 6g;
- внутренней резьбы 6H.
4.2. Соединение «винт (болт) – корпус (гайка)»
Гайка- сталь 20шаг резьбы Р=05 мм. Наружная резьба 6g а внутренняя резьба 6H. Длина свинчивания нормальная. Класс точности – средний.
4.3. Соединение «винт (болт) – корпус (гайка)»
Номинальный диаметр резьбы М10. Для соединения «болт – корпус» выбираем посадку с зазором 6Н6g. Класс точности – средний.
Итоговые данные по выбору посадок для резьбового соединения
Обозначение на чертеже
Номинальные размеры пара-метров резьбы мм
Предельные отклонения диаметров резьбы мкм
5. Выбор и расчет точности зубчатых колес и передач.
По условию курсовой работы от зубчатой передачи требуется контактная прочность поэтому для зубчатого колеса назначаем степень точности по нормам кинематической точности 6 плавности работы 7 контакту зубьев 8 ([1] табл. 5.12 стр. 858).
Для устранения возможного заклинивания при нагреве передачи обеспечения условий протекания смазки и ограничения мертвого хода при реверсировании отсчетных и делительных передач они должны иметь боковой зазор. Этот зазор необходим для компенсации погрешностей изготовления и монтажа передачи и для устранения удара по нерабочим профилям.
Гарантированный боковой зазор находится по формуле ([1] стр. 873):
где V – толщина слоя смазки между зубьями;
– межосевое расстояние;
и – коэффициенты линейного расширения материала колеса и корпуса;
и – отклонение температур колеса и корпуса от 20°С;
- угол профиля исходного контура ([4] том 2 стр. 1000).
Величина толщины слоя смазки зависит от способа смазывания и окружной скорости колес. Ориентировочно ее можно определить по формуле ([1] стр. 873):
где m – модуль зубчатого колеса мм.
Выбираем значение V в зависимости от окружной скорости. При окружной скорости .
Определим межосевое расстояние:
где и – диаметры зубчатых колес.
. Принимаем а=100 мм.
Сравним полученное значения гарантированного зазора с табличным.
Наибольший боковой зазор получаемый между зубьями в передаче не ограничен стандартом.
Его можно подсчитать для установленного вида сопряжения с соответствующим ему видом допуска по формуле:
где и – допуски на смещение исходного контура колес зубчатой передачи ([1] том 2 стр. 866);
– алгебраическая разность верхнего и нижнего отклонений межосевого расстояния зубчатой передачи ([1] том 2 стр. 863).
Так как нам неизвестно то принимаем вид допуска соответствующий виду сопряжения т.е. виду сопряжения D соответствует вид допуска d.
Числовые значения контрольных параметров норм точности и вида сопряжения зубчатых колес и передач.
Норма точности и вид сопряжения
Наименование и обозначение контрольного параметра
Числовое значение параметра
Кинематической точности (D)
Колебание измерительного межосевого расстояния за один оборот зубчатого колеса
Радиальное биение зубчатого венца
Плавности работы (D)
Колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе
Погрешность направления зуба
Суммарное пятно контакта с измерительным колесом %
по высоте не менее 40 по длине не менее 50
6.Определение допусков и предельных отклонений размеров входящих в размерную цепь
Расчет размерной цепи методом на максимум-минимум.
Составляем размерную цепь.
Для этого необходимо на основе анализа взаимосвязи и взаимозависимости между размерами деталей узла установить какие размеры влияют на размер замыкающего (исходного) звена указанного на чертеже узла. Размеры с предельными отклонениями стандартизованных деталей которые входят в размерную цепь (ширина B колец подшипников) необходимо установить по соответствующим стандартам.
Определяем какие из составляющих звеньев размерной цепи являются увеличивающими а какие уменьшающими (1. стр. 552).
Увеличивающие звенья – Б7.
Уменьшающие звенья – Б1 Б2 Б3 Б4 Б5 и Б6.
В качестве зависимого звена принимаем Б7.
Составим основное уравнение размерной цепи (1. стр. 559) и определим номинальный размер замыкающего звена Б:
где Б1 Б2 Бm+n – номинальные значения всех звеньев размерной цепи;
2 m+n – коэффициенты характеризующие расположение звеньев по величине и направлению или передаточные отношения.
Номинальный размер замыкающего звена Б определяется по следующей формуле (1. стр. 560):
Определяем среднее число единиц допуска ac составляющих звеньев кроме зависимого звена по формуле (1 с.561):
где ТБ - допуск замыкающего (исходного) звена мкм;
ТВ – допуск ширины кольца подшипника;
к1 – число подшипников размер В которых входит в размерную цепь;
i – значения единиц допуска составляющих звеньев.
Применим способ допусков одного квалитета так как все составляющие цепь размеры могут быть выполнены с допуском одного квалитета. Значения i выбираем из (1 табл.3.3 с.564).
По (1 табл. 1.8 с.43) принимаем 10-й квалитет.
)Назначаем допуски на составляющие звенья по установленному квалитету кроме зависимого звена (1 табл. 1.8 с.43).
ТВ = 120 мкм (стандартизированное изделие).
Допуск зависимого звена определяем по формуле:
где ТБj – допуски составляющих звеньев.
Устанавливаем предельные отклонения размеров составляющих звеньев кроме зависимого звена.
Б7 – охватывающий размер а Б1 Б2 Б3 Б4 и Б6 – охватываемые. Соответственно предельные отклонения для них назначаются как для основного отверстия и основного вала.
Звено размерной цепи
Предельные отклонения мкм
)Определяем координаты середин полей допусков составляющих звеньев и замыкающего звена.
Координата середины поля допуска зависимого звена входящего в число увеличивающих звеньев определяется по формуле:
где - координаты середин полей допусков увеличивающих звеньев размерной цепи;
- координаты середин полей допусков уменьшающих звеньев размерной цепи.
)Определяем предельные отклонения зависимого звена по формуле:
Расчет размерной цепи вероятностным методом.
Порядок расчета размерных цепей теоретико-вероятностным методом тот же что и методом по максимум-минимум.
Условия для расчёта размерной цепи вероятностным методом следующие:
- процент риска принят р=027%
- кривая рассеяния действительных размеров звеньев цепи имеет нормальный закон распределения
- центр группирования действительных отклонений размеров звеньев цепи совпадает со средними отклонениями табличных полей допусков размеров.
)Принимаем закон рассеивания размеров деталей – нормальный (закон Гаусса) отсюда .
Определяем среднее число единиц допуска ac составляющих звеньев кроме зависимого звена по формуле (1 стр.583):
где t=3 (1 табл.3.8 стр 580) – коэффициент нормального распределения
По таблице (1 табл. 1.8 с.43) принимаем 13-й квалитет.
)Устанавливаем предельные отклонения размеров составляющих звеньев кроме зависимого звена.
Данные расчёта размерной цепи.
Составляющие звенья цепи Бj с указанием их предельных отклонений
Выбор шпонки производится по СТ СЭВ 189-75 (основные нормы взаимозаменяемости. Соединения шпоночные с призматическими шпонками. Размеры допуски и посадки). В нашем случае – призматическая шпонка (исполнение А) размеры которой выбираем из (1 табл.4.52 c.773) в зависимости от диаметра вала.
Размеры сечения шпонки
Интервалы длин шпонок мм
Длина шпонки из ряда
Длину шпонки принимаем l = 40мм.
Размер сечения паза для призматической шпонки (исполнение А).
Список используемой литературы.
Допуски и посадки. Справочник в 2-х частях. Под ред. Мягкова В.Ф. 5-ое изд. Ленинград «машиностроение» 1978.
Якушев А.И. Воронцов Л.Н. Федотов Н.М. Взаимозаменяемость стандартизация и технические измерения. Учебник для вузов шестое издание переработанное и дополненное. Москва «машиностроение» 1987.
Методические указания к курсовой работе по дисциплине ВСТИ для студентов спец. 1201. Новополоцк 1991.
Единая система допусков и посадок СЭВ в машиностроении и приборостроении: Справочник: В 2 т. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Издательство стандартов 1989.
Современные методы контроля
качества цилиндрических зубчатых колес
Зубчатый венец характеризуется очень большим количеством параметров и размеров каждый из которых может иметь отклонения возникающие в процессе изготовления. Различные параметры и их отклонения по-разному влияют на конечное качество зубчатого венца. Более того в зависимости от области применения и дополнительных условий те или иные параметры могут менять свою значимость.
Традиционные методы контроля качества зубчатых колес
В странах СНГ точность изготовления цилиндрических зубчатых колес регламентируется ГОСТ 1643.
Предусмотрено 12 степеней точности более точные колеса имеют меньшие степени точности.
Каждая степень точности регламентирует три нормы — кинематической точности плавности работы и контакта зубьев в передаче а также шесть видов сопряжений и восемь видов допусков на боковой зазор. Возможно комбинирование степеней точности например 8-7-6-Ва (8 — степень кинематической точности 7 — плавности работы 6 — по нормам контакта с видом сопряжения В и видом допуска на боковой зазор).
Нормы точности могут назначаться в зависимости от области применения зубчатого колеса. При этом меняется характер допустимых погрешностей и величина погрешности например для делительных и планетарных передач важна кинематическая точность для высокоскоростных передач главным является плавность работы передачи для тяжело нагруженных тихоходных передач необходимо обеспечить полноту контакта зубьев а для реверсивных отсчетных передач важна величина бокового зазора.
Для каждой нормы точности ГОСТ определяет основные отклонения зубчатого колеса которые влияют на данную норму. Всего стандартом определено 24 погрешности подлежащих контролю. 7 погрешностей определяют кинематическую точность (кинематическая погрешность зубчатого венца F’ir накопленная погрешность шага колеса Fpr накопленная погрешность k шагов Fpkr погрешность обката Fcr колебание длины общей нормали FvWr радиальное биение зубчатого венца Frr колебание измерительного межосевого расстояния за оборот колеса F’’ir). Плавность работы зависит также от 7 погрешностей (местная кинематическая погрешность колеса f’ir циклическая погрешность зубцовой частоты колеса fzz r циклическая погрешность зубчатого колеса fzkr погрешность профиля зуба ffr отклонение шага зацепления fpbr отклонение шага fptr колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе f’’ir). Точность контакта зубьев определяется 4 параметрами (погрешность направления зуба F?r погрешность контактной линии Fkr отклонение осевых шагов по нормали Fpknr суммарное пятно контакта). Боковой зазор в передаче определятся 6 параметрами (дополнительное смещение исходного контура Ehr отклонение длины общей нормали EWr отклонение средней длины общей нормали EWmr отклонение толщины зуба Ecr предельные отклонения измерительного межосевого расстояния Ear отклонение размера по роликам Emr).
Для измерения практически каждого из этих параметров требуется специализированное метрологическое средство. Вот перечень основных средств контроля зубчатых венцов:
Прибор для комплексного однопрофильного контроля
Прибор для абсолютного измерения накопленной погрешности шага
Приборы для относительного измерения накопленной погрешности шага
Зубомерный микрометр для контроля длины общей нормали
Нормалемер для определения отклонений от номинального значения длины общей нормали
Прибор для двухпрофильного контроля (межцентромер)
Волномер (для контроля циклической погрешности)
Ходомер (для контроля линии зуба)
На рис. 1 представлены некоторые приборы из приведенного списка.
ГОСТ разрешает проверку не по всем параметрам а по комплексам из нескольких параметров в каждой группе. И даже в этом случае требуются различные метрологические средства. В результате в метрологической лаборатории проверяющей зубчатые колеса должно находиться от одного до двух десятков приборов. Только в этом случае можно быть уверенным что зубчатые колеса проверены в соответствии с ГОСТ.
Однако полное оснащение метрологических лабораторий осталось в прошлом. Большинство предприятий продолжают использовать еще оставшиеся приборы что приводит к возникновению ситуации «измеряем то что можем а не то что требуется».
Подводя итог сказанного выше сформулируем основные особенности современного состояния метрологического обеспечения зубчатых колес:
Практически для контроля каждой погрешности применяется свое средство измерения
Каждый из этих приборов имеет высокую стоимость новые приборы не выпускаются
Требуется специально обученный персонал в некоторых случаях для работы только на отдельных приборах
Метрологическое оборудование оторвано от производства (метрологические лаборатории)
Лаборатории как правило работают только в одну смену
Степень использования различных приборов различна
Метрологическое оборудование как правило работает не более 1000 часов в год
Стандартная выборка при контроле колес составляет 1–4 % от выпуска
Современные тенденции в конструкции зубчатых колес и технологии их обработки
Требования к точности изготовления зубчатого венца определяются эксплуатационными требованиями к зубчатому зацеплению. К этим требованиям укрупненно можно отнести: износостойкость виброустойчивость шумность передаваемый крутящий момент надежность и плавность. Все эти требования ужесточаются по мере развития техники. Соответственно ужесточаются и требования по точности к зубчатым венцам и совершенствуются методы контроля этих требований.
В настоящий момент совершенно четко прослеживаются несколько тенденций в изменении технологических и точностных требований к зубчатым колесам. В основе лежит ужесточение требований к зубчатым передачам обусловленное повышенными требованиями к конечному продукту куда входят детали с зубчатым венцом (редукторам коробкам передач):
Снижение уровня шума
Снижение габаритных размеров
Повышение надежности
Увеличение передаваемого момента мощности
Улучшение динамических характеристик
Повышение коэффициента полезного действия
Увеличение срока службы
Увеличение ремонтопригодности
Повышенные требования к изделиям определяют соответствующее повышение требований к зубчатым колесам входящим в состав современных изделий. Отклонения отдельных параметров зуба и зубчатого венца влияют на функциональные возможности зубчатого колеса или пары колес в зубчатом зацеплении. Проще говоря только зубчатое колесо с правильным эвольвентным профилем и точным шагом обеспечивает передачу вращения с постоянной угловой скоростью.
Основные характеристики зубчатых колес которые должны быть обеспечены конструктивными и технологическими методами:
Точность (динамика плавность работы)
Передача больших моментов (трение высокие нагрузки знакопеременные нагрузки)
Минимальная стоимость
Дополнительные функции (синхронизация — наличие дополнительных венцов)
Эти требования должны быть обеспечены соответствующим контролем в процессе изготовления деталей с зубчатыми венцами.
Для обеспечения указанных требований к зубчатым колесам изменяется конструкция самих колес. В первую очередь это касается точности: сегодня в мире основную массу составляют колеса 5–7-й степеней точности. Другой тенденцией является наличие модификаций по профилю и линии зуба (конструктивных заданных отклонений от исходных параметров). В отдельных случаях вводятся топографические модификации на всей поверхности зуба.
Ужесточение требований к деталям с зубчатыми венцами привело к тому что за прошедшие 30 лет существенно изменилась технология обработки зубчатых колес. Появилась возможность реализовать более высокие требования к точности колес что в свою очередь привело к дальнейшему ужесточению допусков. Попутно отметим что новые технологии не только обеспечивают более высокое качество обработки но и существенно увеличивают ее производительность. Мировые тенденции в увеличении точности и производительности обработки зубчатых колес представлены на рис. 2.
Применение цифровых систем управления позволило напрямую применить результаты измерения зубчатых колес для повышения качества. В традиционных технологиях повышение точности требовало изменения технологии изменения конструкции приспособлений ремонта и модернизации станков. Для станков с ЧПУ достаточно ввести в корректоры значения погрешности обработанной детали и при обработке следующей детали погрешности уже будут скомпенсированы. Таким образом полученные в результате измерения зубчатого венца значения отклонений применяются в современной технологии для корректировки наладки станка. Целью этой корректировки может быть не только повышение качества обработанного венца но и оптимизация параметров зубчатого зацепления. Как следствие методы и оборудование для контроля зубчатых венцов все глубже интегрируются в производственный процесс механической обработки.
Еще одной причиной глубокой интеграции современных методов контроля является необходимость паспортизации и сертификации изготавливаемых деталей особенно при изготовлении деталей по кооперации. Получатель продукции хочет быть уверен в ее качестве и требует предоставления сертификатов международного образца дающих исчерпывающую информацию о качестве зубчатого венца. В конечном итоге получатель готового изделия (редуктора коробки передач) должен быть уверен в качестве отдельных компонентов и иметь соответствующее документальное подтверждение. Кроме этого должна быть обеспечена прослеживаемость результатов контроля качества т.е. методы контроля применяемые различными поставщиками должны иметь единую основу и при повторении измерений в другом месте результаты измерений должны быть идентичны. Традиционные средства контроля не могут обеспечить подобную сертификацию и прослеживаемость.
Подводя итог сформулируем основные современные тенденции в измерении зубчатых колес:
Не просто измерение детали с заключением «годная — негодная» а анализ отклонений с обратной связью с производством
Более высокая точность измерений
Более высокая скорость измерения (в автомобильной промышленности не более 3 минут на деталь)
Возможность контроля непосредственно в производстве (сокращение времени ожидания решения)
Возможность измерения модификаций и топографии зуба
Внедрение новых стандартов измерения и оценки
Достоверность измерений
Выдача стандартизованных протоколов (прослеживаемость результатов на различных стадиях производства и при поставке изделия потребителю)
Эти тенденции привели к появлению новых методов контроля зубчатых венцов. Рассмотрим более подробно современные средства контроля.
Современные средства контроля зубчатых венцов
Измерение геометрических параметров производится как правило не на всей рабочей поверхности зуба. Поэтому определены параметры по которым можно оценить точность всей боковой поверхности. К этим параметрам для цилиндрических зубчатых колес относят шаг по делительной окружности линию профиля и линию направления зуба.
Измерение этих геометрических параметров происходит либо в определенных точках (шаг радиальное биение толщина зуба) либо вдоль определенных линий (профиль направление зуба модификации). С внедрением современных метрологических средств появилась возможность измерения всей боковой поверхности — измерения топографии зуба.
Геометрические параметры определяются путем прямого измерения размеров отклонений положения направления и формы. Дополнительно могут оцениваться волнистость и шероховатость поверхности.
Кроме измерения геометрических параметров при контроле зубчатого венца могут быть осуществлены функциональные проверки. К ним относят в первую очередь проверку кинематической точности на приборах однопрофильного контроля проверку колебания измерительного межосевого расстояния на приборах двухпрофильного контроля проверку пятна контакта на контрольно-обкатных станках проверку уровня шума и проверку передаточной способности на соответствующих приборах.
Кроме указанных проверок геометрии и функциональности зубчатого венца осуществляют проверку твердости прочности и структуры материала детали различными разрушающими и неразрушающими методами контроля. Этот вид контроля качества зубчатых колес мы рассматривать не будем.
Международные стандарты различают измерение и проверку зубчатых венцов.
Под измерением понимается определение абсолютного размера. Применительно к цилиндрическим зубчатым колесам может быть измерена длина общей нормали основной шаг толщина зуба и ширина впадины (рис. 3).
При проверке определяют соответствует ли изготовленная деталь одному или нескольким заданным условиям. Применительно к зубчатым колесам проверяется окружной шаг радиальное биение профиль боковая линия образующая линия а также кинематическая точность с помощью одно- и двухпрофильных приборов (рис. 4).
При измерении и проверке зубчатых колес различают отдельные погрешности и суммарные погрешности. Отдельными погрешностями характеризуются толщина зуба основной и окружной шаг радиальное биение профиль боковая линия и образующая. Суммарные погрешности являются следствием взаимного влияния нескольких отдельных погрешностей. Суммарные погрешности проявляются при проверке зубчатых венцов на приборах одно- и двухпрофильного контроля при проверке пятна контакта и уровня шума.
Измерение ручными средствами (рис.5) характеризуется простотой обращения со средствами измерения и дешевизной самих средств измерения. Эти приборы могут быть применены непосредственно около станка. В то же время измерение ручными средствами не дает заключения о качестве зубчатого венца так как обладает ограниченной информативностью результата: проверка осуществляется по одному параметру. Кроме того существуют определенные сложности при измерении косозубых колес.
Проверка на приборах одно- и двухпрофильного контроля (рис. 6) в отличие от измерений ручными средствами дает прямую информацию о качестве колеса. Данный метод проверки обеспечивает короткое время измерения детали. Но эти методы также обладают существенными недостатками. Несмотря на то что результаты проверки позволяют сделать заключение о качестве детали они не дают ни качественной ни количественной информации которую можно было бы напрямую использовать для внесения коррекции в технологический процесс изготовления детали. Кроме того проверка осуществляется с применением измерительных колес которые достаточно дороги в приобретении (изготовлении) и эксплуатации (восстановление). Хотя время непосредственно проверки достаточно мало (достаточно одного оборота детали сопряженной с измерительным колесом) время наладки прибора велико.
Совершенствование систем управления и повышение точности а также необходимость повторяемости измерений привело к широкому внедрению зубоизмерительных машин (рис. 7) — универсальных приборов для контроля зубчатых венцов.
Зубоизмерительные машины
Зубоизмерительная машина является средством аналитического контроля отклонений зубчатого венца. Применение этого средства контроля обеспечивает оптимальное качество контроля и представления результатов проверки параметров зубчатого венца. Получаемые результаты дают полную информацию о причинах возникновения погрешностей и позволяют использовать эту информацию для соответствующей корректировки технологии изготовления детали. К недостаткам данного метода проверки следует отнести длительный цикл измерения и сложность в применении зубоизмерительной машины непосредственно около станка — являясь метрологическим средством очень высокой точности машина требует установки в специально подготовленное помещение.
Принцип работы зубоизмерительной машины и традиционных приборов для контроля эвольвенты направления зуба и шага зубьев во многом схож. В процессе измерения щуп измерительной машины сканирует боковую поверхность зуба по профилю (рис. 8.1) по линии зуба (рис. 8.2) и последовательно касается всех боковых сторон зубьев (рис. 8.3). В результате этих основных проверок определяется погрешность профиля погрешность линии зуба отклонения шагов и погрешность радиального биения.
Рассмотрим более подробно принцип работы на примере измерения отклонений профиля зуба. В процессе сканирования поверхности зуба отклонения щупа регистрируются и обрабатываются системой управления машины. Получаемый результат аналогичен результату проверки на эвольвентомере. Если профиль зуба представляет собой правильную эвольвенту с заданными параметрами то результатом измерения в графическом представлении будет прямая. При наличии погрешности профиля по углу или форме получится кривая линия (рис. 9).
Анализ этой кривой позволяет определить основные составляющие погрешности (рис. 10) — погрешность угла профиля fH? погрешность формы профиля ff? и полную погрешность профиля F?. Аналогичным образом проверяется отклонение линии зуба с выявлением погрешности угла наклона зуба fH? формы линии зуба ff? и полной погрешности линии зуба F?.
Проверка профиля и линии зуба проводится как правило на 3–4 зубьях. Это делается с целью сокращения времени измерения. При этом информативность такого неполного измерения вполне достаточна так как выявляет все погрешности зубчатого венца изготовленного методом обката.
На любом выбранном зубе может быть проведена проверка профиля и линии зуба в нескольких сечениях. В этом случае результатом измерения является топография поверхности зуба (рис. 11). Как было показано выше во многих случаях сегодня используется модификация поверхности зуба по профилю и направлению имеющая целью оптимизацию технологии изготовления колес (например модификация зуба при черновой обработке с целью компенсации деформаций при термической обработке) или улучшение параметров готового изделия (оптимизация пятна контакта в паре зубчатых колес). Возможность оценки топографии зуба дает возможность наглядно оценить модификацию поверхности зуба. Кроме того при применении дополнительного программного обеспечения для зубоизмерительных машин существует возможность моделирования и оценки контакта измеренного зуба либо в зацеплении с идеальным колесом либо в зацеплении с другим измеренным колесом.
Результат измерения зуба на зубоизмерительной машине представляется в графическом виде. Поскольку методы анализа и представления результатов стандартизованы для всех изготовителей зубоизмерительных машин то обеспечивается сопоставимость результатов сделанных на разных машинах. В результате обеспечивается прослеживаемость результатов измерения и данные протоколы могут быть использованы в качестве сертификатов подтверждающих качество изготовленной детали. На рис. 12 представлен типовой протокол измерения и анализа отклонений профиля зубчатого колеса. В данном протоколе наглядно видны отклонения угла и формы профиля в графическом и цифровом представлении. Если задана требуемая точность измеряемого венца то программное обеспечение сравнивает заданные для данной степени точности допуски на измеряемые параметры и отображает те отклонения которые выходят за поле допуска. Одновременно анализируется и показывается истинная степень точности измеренного колеса. Аналогичные протоколы выводятся по результатам анализа направления зуба шага и радиального биения. Стандартное математическое обеспечение также оценивает среднее значение и колебание длины общей нормали и толщину зуба.
Получаемые при измерении детали протоколы дают широкие возможности для оценки причин возникновения погрешностей. Для этого существуют определенные методики. Например при получении диаграммы профиля представленной на рис. 13 можно определить пять основных причин возникновения данной погрешности:
биение фрезы на оправке (может быть вызвано плохой фрезой поврежденной оправкой или загрязнением оправки при монтаже);
неправильная заточка фрезы (фреза была переточена с радиальным биением из-за установки с перекосом на оправку или оправки на заточной станок);
слабо закрепленная или изношенная оправка в противоопоре станка;
слишком большой люфт шпинделя фрезы фрезерного станка;
слишком большой люфт стола фрезерного станка.
В настоящий момент в мире существует около десятка поставщиков зубоизмерительных машин. Большинство заказчиков отдают предпочтение зубоизмерительным машинам самой высокой точности которые обеспечивают измерение деталей теоретически от первой степени точности. При этом следует помнить что согласно нормам средство измерения должно обеспечить возможность измерения деталей на две степени точности выше чем точность реально изготавливаемых деталей. Коротко рассмотрим основные конструктивные особенности зубоизмерительных машин на примере машин фирмы Mahr (Германия).
Эти зубоизмерительные машины обладают уникальной встроенной системой термокомпенсации что обеспечивает точность измерения даже при колебаниях температуры в помещении. Например при колебании температуры в помещении на 8 градусов разброс результатов измерения составляет всего 06 микрона. Конструктивно зубоизмерительные машины Mahr сделаны на базе кругломеров высокой точности при этом все функции кругломера сохранены в базовом программном обеспечении. На практике это означает что приобретая одну машину Mahr заказчик фактически приобретает два метрологических средства — зубоизмерительную машину и кругломер. Важнейшим элементом машины является сканирующая головка. Головка машины Mahr представляет собой миниатюрную копию трехкоординатной измерительной машины и обеспечивает измерение с постоянным измерительным усилием всегда по нормали к измеряемой поверхности.
При наличии дополнительного программного обеспечения можно реализовать дополнительные функции измерения цилиндрических колес: сравнение параметров колес до и после термической обработки (результат представляется в графическом виде что позволяет легко и быстро определить деформации детали при термической обработке); измерение «неизвестных колес» с определением их основных параметров (для тех случаев когда имеется колесо у которого можно только измерить наружный диаметр и сосчитать число зубьев с определением остальных конструктивных размеров); измерять колеса после операции зубофрезерования с исключением влияния следа от подачи; измерять форму и размеры тел вращения (т.е. деталей с зубчатыми венцами) т.е. использовать зубоизмерительную машину как кругломер и координатно-измерительную машину.
Также при наличии дополнительного программного обеспечения зубоизмерительные машины Mahr позволяют контролировать конические зубчатые колеса червяки и червячные колеса колеса с торцовым зубом и венцы синхронизаторов. Для этого не требуется никаких изменений в конструкции машины только программное обеспечение.
Также без конструктивных изменений возможно измерение зуборезных инструментов— червячных фрез долбяков и шеверов.
Современные средства измерения зубчатых колес — зубоизмерительные машины— позволяют выполнить основные требования которые определяются современной конструкцией и технологией изготовления. На обеих боковых поверхностях трех или четырех зубьев измеряются погрешности профиля и линии зуба. На всех зубьях измеряются погрешности шага по обеим боковым поверхностям и погрешности радиального биения. Кроме этого производится измерение толщины зуба (размера по шарикам). Время измерения зубчатого колеса составляет около 3 мин. Зубоизмерительная машина обеспечивает измерение зубчатых колес при замене инструмента на стыке рабочих смен и при изменениях в технологическом процессе. Зубоизмерительная машина также обеспечивает измерение топографии зуба с оценкой пятна контакта.
Зубоизмерительная машина не имеет ограничений в части измерения колес с нестандартными параметрами профиля и линии зуба (модификации по профилю и линии зуба).
Практически зубоизмерительная машина как современное средство измерения заменяет все ранее применявшиеся приборы для контроля зубчатых колес и позволяет измерять кроме цилиндрических колес также конические колеса червяки червячные колеса и зуборезные инструменты (червячные фрезы долбяки и шеверы)
С выполнением данной курсовой работы я закрепил теоретические знания и умения полученные в процессе изучения этой дисциплины для дальнейшего их применения на практике; изучил методы работы со справочной литературой и информацией гост; приобрел навыки по расчету и выбору посадок типовых соединений по решению размерных цепей простановки на чертежах обозначений посадок предельных отклонений размеров и требований к точности формы и расположения поверхностей в соответствии с действующими требованиями ЕСКД.