И.А. Фролов

« Допуски и посадки в разъемных соединениях узлов транспортно-технологических машин»

Воронеж 2016

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРПХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

И.А. Фролов

Допуски и посадки

в разъемных соединениях узлов

транспортно-технологических машин

Учебное пособие

для выполнения расчетов в курсовых и дипломных проектах

для студентов и магистрантов всех форм обучения

направления подготовки 23.03.02 , 23.03.03.

Воронеж 2016

УДК 389.01

ББК 30.10

Ф912

Ф912	Фролов, И.А. Допуски и посадки в разъемных соединениях узлов транспортно-технологических машин: учеб. пособие / И.А. Фролов; Воронежский ГАСУ. ‑ Воронеж, 2016. – 111 с.

Изложены основные сведения о теоретических основах метрологии, стандартизации, сертификации. Содержит задания к выполнению курсовой работы, выполняемой при изучении дисциплины.

Предназначено для студентов и магистрантов всех форм обучения направления подготовки 23.03.02 , 23.03.03.

Ил. 32. Табл. 26 Библиогр.: 14 назв.

УДК 389.01

ББК 30.10

Используется по решению учебно-методического совета

Воронежского ГАСУ

Рецензент ‑ Ю.И. Калинин, к.т.н., проф. кафедры «СТиИМ»

Воронежского ГАСУ

© И.А. Фролов, 2016

©Воронежский ГАСУ, 016

7

Введение

Метрология, стандартизация и сертификация неразрывно связаны между собой, поэтому каждое из этих направлений деятельности и их совокупности являются очень важными для становления рыночной экономики страны: это те инструменты, использование которых позволяет обеспечить качество выпускаемой продукции, работ и услуг, конкурентоспособность и эффективность производства.

Целью данного учебного пособия является формирование у студентов знаний, умений и навыков в указанных областях деятельности с целью обеспечения более высокой эффективности работы. Знания в области метрологии, стандартизации и сертификации в одинаковой степени важны как для специалистов, производящих продукцию, так и для специалистов по реализации продукции и менеджеров.

Измерения являются одним из важнейших путей познания природы, дают количественную характеристику окружающего нас мира, помогают раскрыть действующие в природе закономерности.

Уместно вспомнить слова Д.И. Менделеева, который писал: «наука начинается с тех пор, как начинают измерять… точная наука не мыслима без меры».

Измерения имеют большое значение в современном обществе: они дают возможность обеспечить взаимозаменяемость узлов и деталей, совершенствовать технологию, повысить безопасность труда и качество продукции.

Сравнение опытным путем измеряемой величины с другой, подобной ей, принятой за единицу, составляет общую основу любых измерений. Разделом науки, изучающей измерения является метрология.

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

В метрологии решаются следующие основные задачи: разработка общей теории измерений единиц физических величин и их систем, разработка методов и средств измерений, методов определения точности измерений, основ обеспечения единства и единообразия средств измерений, эталонов и образцовых средств измерений, методов передачи размеров единиц от эталонов и образцовых средств измерений к рабочим средствам измерений.

Решение многих задач метрологии является важной государственной задачей. Например, во многих странах мира мероприятия по обеспечению единства и требуемой точности измерений установлены законодательно; узаконены единицы измерений; регламентировано проведение регулярной проверки мер и измерительных приборов, находящихся в эксплуатации; порядок испытаний и аттестации вновь выпускаемых средств измерений.

Стандартизация – это деятельность по установлению норм, правил и характеристик в целях обеспечения: безопасности продукции, работ и услуг для окружающей среды, жизни и имущества; технической и информационной совместимости, а также взаимозаменяемости продукции; качества продукции, работ и услуг в соответствии с уровнем развития науки, техники и технологии; единства измерений; экономии всех видов ресурсов; безопасности хозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф и других чрезвычайных ситуаций; обороноспособности и мобилизационной готовности страны.

Стандартизация направлена на достижение оптимальной степени упорядочения в определенной области посредством установления положений для всеобщего и многократного применения в отношении реально существующих или потенциальных задач.

Начало формирования Государственной системы сертификации Российской Федерации относится к 1992 году.

Сертификация является инструментом, гарантирующим соответствие показателей качества продукции требованиям нормативно-технической документации и стандартам. В переводе с латинского языка слово «сертификация» можно перевести как «верно сделано» (certum – верно, facere – сделано).

В настоящее время под сертификацией соответствия понимается действие третьей стороны, доказывающее, что обеспечивается необходимая уверенность в том, что должным образом идентифицированная продукция, процесс или услуга соответствует конкретному стандарту или другому нормативному документу.

Круг величин, подлежащих измерению, определяется разнообразием явлений, с которыми приходится сталкиваться человеку. Если «Теория механизмов машин», «Детали машин и основы конструирования», «Технологии металлов» и др. служат теоретической основой проектирования машин и механизмов, то курс «Метрологии, стандартизации, сертификации» рассматривает вопросы обеспечения точности геометрических параметров как необходимого условия взаимозаменяемости и таких важнейших показателей качества, как надежность и долговечность.

Цель учебного пособия – выработка у будущих инженеров знаний и практических навыков использования и соблюдения требований ГОСТ (государственных стандартов), выполнения точностных расчетов и метрологического обеспечения при изготовлении, эксплуатации и ремонте подъемно-транспортных машин и оборудования. При выполнении индивидуальных заданий на практических занятиях по «Метрологии, стандартизации и сертификации» студенты должны:

- изучить основные понятия и терминологию, используемые в курсе «Метрология, стандартизация и сертификация»;

- научиться пользоваться стандартами с целью выбора оптимальных допусков при конструировании деталей машин;

- приобрести навыки в расчете размерных цепей при конструировании деталей, узлов или механизмов;

- научиться отличать посадки в системе «Отверстия» от посадок в системе «Вала»;

- приобрести навыки построения полей допусков размеров деталей; посадок с зазором, натягом и переходных с обоснованием условий их применения.

Учебное пособие состоит из восьми разделов:

1. Расчет (выбор) допусков и посадок гладких цилиндрических соединений: а) с зазором; б) с натягом; в) переходные.

2. Определение элементов соединений, подвергаемых селективной сборке.

3. Расчет размерных цепей: прямая и обратная задачи.

4. Расчет исполнительных размеров калибров.

5. Расчет посадок подшипников качения.

6. Расчет допусков и посадок резьбовых соединений.

7. Расчет допусков и посадок шпоночных соединений.

8. Расчет допусков и посадок шлицевых соединений прямобочных и с эвольвентным профилем зуба.

1. Принципы построения Международной системы единиц. Основные понятия и определения допусков и посадок

Учитывая необходимость охвата Международной системой единиц (System International) всех областей науки и техники, в ней в качестве основных выбраны семь единиц.

В механике такими являются единицы длины, массы и времени, в электричестве добавляется единица силы электрического тока, в тепловых процессах - единица термодинамической температуры, в оптике - единица силы света, в молекулярной физике, термодинамике и химии – единица количества вещества. Эти семь единиц соответственно: метр, килограмм, секунда, ампер, Кельвин, кандела и моль - и выбраны в качестве основных единиц СИ.

- Единица длины (метр) – длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды.

- Единицы массы (килограмм) – масса, равная массе международного прототипа килограмма.

- Единица времени (секунда) – продолжительность 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

- единица силы электрического тока (ампер) – сила неизменяющегося тока, который, проходя по двум нормальным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади круглого поперечного сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызывает между проводниками силу взаимодействия, равную 2×10^-7 Н на каждый метр длины.

- Единица термодинамической температуры (Кельвин) – 1/273,16 термодинамической температуры тройной точки воды. Допускается использовать также шкалу Цельсия.

- Единица силы света (кандела) – сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматические излучения частотой 540×10¹² Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.

- Единица количества вещества (моль) – количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в углероде – 12 массой 0,012 кг.

Международная система единиц содержит также две дополнительные единицы: для плоского угла – радиан и для телесного угла – стерадиан.

Радиан (рад) – единица плоского угла, равная углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу. В градусном исчислении 1 рад = 57⁰17'44,8''.

Стерадиан (ср.) – единица, равная телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы. Телесный угол Ω измеряют косвенно – путем измерения плоского угла α при вершине конуса с последующим вычислением по формуле

Ω = 2π[1 - cos α/2].

Основные понятия и определения допусков и посадок

В соединении двух деталей, входящих одна в другую, различают охватывающую и охватываемую поверхности соединения. В цилиндрических соединениях охватывающая поверхность носит общее название “отверстие”, а охватываемая - “вал”. Названия “отверстие” и “вал” условно применимы также и к другим охватывающим и охватываемым поверхностям. Обозначают: D – номинальный размер отверстия, d – номинальный размер вала. Эти размеры одинаковы.

Предельными называются два предельных значения размера, между которыми должен находиться действительный размер. Большее из них называется наибольшим предельным размером, меньшее - наименьшим предельным размером. Они для отверстия обозначаются D_max и D_min, а для вала d_max и d_min.

Верхнее предельное отклонение – алгебраическая разность между наибольшим предельным размером и номинальным. Обозначают: ES – верхнее предельное отклонение отверстия, es – верхнее предельное отклонение вала.

ES = D_max - D;

es = d_max - d.

ES – начальные буквы французских слов, Ecart – отклонение,

Superieur – верхнее.

Нижнее предельное отклонение – алгебраическая разность между наименьшим предельным размером и номинальным. Обозначают: EI – нижнее предельное отклонение отверстия, ei – нижнее предельное отклонение вала.

EI = D_min - D;

ei = d_min - d.

EI – начальные буквы французских слов, Ecart – отклонение,

Inferieur – нижнее.

Допуск размера – это разность между наибольшим и наименьшим предельным размером. Обозначают: TD – допуск отверстия, Td – допуск вала. Допуск всегда положительное число.

TD = D_max - D_min = ES – E;

Td = d_max - d_min = es - ei.

Рис. 1. Графическое изображение деталей соединения:

а) схема деталей соединения; б) схема расположения полей допусков деталей соединения

Линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются отклонения размеров при графическом изображении допусков и посадок, называется нулевой линией. Если нулевая линия расположена горизонтально, то положительные отклонения откладываются вверх от нее, а отрицательные – вниз.

Действительное отклонение – алгебраическая разность между действительным и номинальным размерами.

Поле допуска – интервал значений размеров, ограниченный предельными размерами; оно определяется величиной допуска и его расположением относительно номинального размера.

На схеме поле допуска изображается зоной между линиями, соответствующими верхнему и нижнему предельным отклонениям. Верхняя граница поля допуска соответствует наибольшему предельному размеру, нижняя – наименьшему предельному размеру.

Зазор S – положительная разность между размерами отверстия и вала (размер отверстия больше размера вала).

Натяг N – положительная разность между размерами вала и отверстия до сборки деталей (размер вала больше, чем размер отверстия).

Наибольший зазор S_max – положительная разность между наибольшим предельным размером отверстия D_max и наименьшим предельным размером вала d_min.

S_max = D_max – d_min = ES – ei.

Наименьший зазор S_min – положительная разность между наименьшим предельным размером отверстия D_min и наибольшим предельным размером вала d_max.

S_min = D_min – d_max = EI – es.

Наибольший натяг N_max – положительная разность между наибольшим предельным размером вала d_max и наименьшим предельным размером отверстия D_min.

N_max = d_max – D_min =es – EI.

Наименьший натяг N_min – положительная разность между наименьшим предельным размером вала d_min и наибольшим предельным размером отверстия D_max

.

N_min = d_min- D_max = ei – ES.

Посадка – это характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся в нем зазоров или натягов. Посадка характеризует большую или меньшую свободу относительного перемещения соединяемых деталей в случаи зазора или степень сопротивления их взаимному смещению (в случаи натяга).