Министерство Образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное бюджетное учреждение высшего образования
Иркутский Национальный Исследовательский Технический Университет
Кафедра машиностроительных технологий и материалов
Контрольная работа
По дисциплине «Основы технологии машиностроения»
Практическое занятие 1. Четыре вида поверхностей деталей машин
Цель практического занятия: Освоить методику выявления на деталях машин четырех видов поверхностей, каждая из которых выполняет свое функциональное назначение.
План проведения занятия:
1. Изучить чертеж предложенного узла машины.
2. Определить служебное назначения каждой из деталей узла.
3. Выявить основные базирующие поверхности деталей.
4. Выявить исполнительные поверхности и вспомогательные базы деталей.
5. Выявить свободные поверхности деталей.
6. Обозначить четыре вида поверхностей на каждой из деталей предложенного Вам узла соответствующими символами.
7. Дать короткую формулировку состава поверхностей, определяющих геометрию каждой из деталей узла (пример таких формулировок приведен ниже).
8. Оформить и сдать работу.
Основные теоретические положения
Виды поверхностей деталей машин. Различные поверхности деталей машин в общем случае могут быть классифицированы по функциональному назначению на 4 вида:
Исполнительные поверхности - это поверхности, которыми деталь выполняет свое служебное назначение (поверхности детали, с помощью которых реализуется ее служебное назначение).
Основные базирующие поверхности (основные конструкторские базы детали) - поверхности, при помощи которых определяется положение детали в машине. Основные базы детали должны включать три базовые поверхности, определяющие одну из трех типовых схем базирования.
Вспомогательные базирующие поверхности - поверхности детали, при помощи которых определяется положение других деталей, присоединяемых к данной. У многих деталей вспомогательные базы выполняют функцию исполнительных поверхностей.
Свободные поверхности - поверхности, которые не соприкасаются, не контактируют с поверхностями других деталей.
Во многих случаях вспомогательные базы деталей выполняют роль исполнительных поверхностей.
В качестве примера на рис. 1 представлен вал редуктора с установленным на нем зубчатым колесом. Исполнительными поверхностями зубчатого колеса являются боковые поверхности зубьев, обеспечивающие передачу крутящего момента от одного колеса к другому.
Рис. 1. Схема расположения 4-х видов поверхностей на деталях редуктора: И.П. - исполнительные поверхности; (…) - основные базы; (xxx) - вспомогательные базы; (s) - свободные поверхности
Основными конструкторскими базами зубчатого колеса являются базовое отверстие, левый торец и шпоночный паз в отверстии, по которым зубчатое колесо устанавливается на вал. На рис. 1 основные базы деталей обозначены точками. В свою очередь, основными базами вала являются опорные шейки под подшипники, торец буртика и шпоночный паз на конце вала, через который передается крутящий момент на вал. Подшипники, определяющие положение вала, установлены в отверстие корпуса. Основными базами подшипника являются цилиндрическая поверхность наружного кольца и его торец, который упирается в крышку. Две крышки закрывают отверстие в корпусе. Основными базами крышки являются фланец и центрирующий поясок, по которым крышка базируется в корпусе.
Положение зубчатого колеса на валу определяют вспомогательные базы вала - это центральная ступень вала и торец его буртика. На рис. 1 вспомогательные базы деталей обозначены крестиками. Отверстия, в которых установлены подшипники, являются вспомогательными базами корпуса. Роль вспомогательных баз выполняют также две торцевые поверхности корпуса, которые определяют положение крышек. В свою очередь, вспомогательной базой крышки является ее торец, который определяет осевое положение наружного кольца подшипника. Свободные поверхности деталей на схеме обозначены значком в виде змейки.
Таким образом, для деталей редуктора (см. рис. 1) следует записать:
Шестерня. Исполнительные поверхности: боковые поверхности зубьев. Основные базы: отверстие, левый торец; паз под шпонку. Вспомогательные базы: правый торец, определяющий осевое положение втулки.
Вал. Основные базы: опорные шейки под подшипники, левый торец буртика, который упирается во внутреннее кольцо подшипника, шпоночный паз на конце вала. Вспомогательные базы: ступени вала, определяющие положение шестерни и втулки, торец, определяющий положение шестерни, и шпоночный паз, определяющий положение шпонки.
Подшипник. Основные базы: наружное кольцо, которое входит в отверстие корпуса; торец наружного кольца, который упирается в буртик крышки; Третья базовая поверхность, определяющая угловое положение наружного кольца является скрытой, конструктивно не оформленной базой. Она формируется в результате натяга, возникающего при запрессовке наружного кольца подшипника в отверстие корпуса. Вспомогательные базы: внутреннее кольцо; торец, определяющий положение вала.
Крышка. Основные базы: торец, который контактирует с корпусом; центрирующий поясок, который входит в отверстие; отверстия под винты. Вспомогательные базы: торец крышки, определяющий положение наружного кольца подшипника.
Анализ приведенной на рис. 1 схемы показывает, что соединение деталей в машинах происходит путем совмещения основных базирующих поверхностей присоединяемой детали, например, зубчатого колеса, со вспомогательными базирующими поверхностями базовой детали - вала.
Если с основными базами присоединяемой детали - шестерни (см. рис. 2) связать координатную систему , а со вспомогательными базами базовой детали - вала координатную систему (), то сборку деталей можно представить как совмещение координатной системы основных баз шестерни с координатной системой вспомогательных баз вала ():
Отклонение одной координатной системы относительно другой характеризует погрешность установки зубчатого колеса на вал , которая определяется вектором
,
где параметры смещения, параметры поворот одной координатной системы относительно другой.
Так как положение детали в изделии определяют ее основные базы, а работает деталь в изделии исполнительными поверхностями или вспомогательными базами, то наиболее важными размерами детали, простановка которых на чертеже обязательна, являются линейные и угловые размеры, определяющие положение вспомогательных баз детали относительно ее основных баз.
Рис. 2. Схема формирования составляющих погрешности установки в процессе соединения деталей
Практическая часть.
Для начала внимательно изучим полученный чертеж редуктора.
Рис. 3. Чертеж конструкции шевронной цилиндрической передачи. Вариант №9.
Определим служебное назначение каждой детали узла.
Вал-шестерня совмещает в себе функции ступенчатого вала и шевронного зубчатого колеса. Зубчатое колесо служит для передачи вращательного движения между валами с параллельными и перекрещивающимися осями. Ступенчатый вал служит для плавной и равномерной передачи вращательного движения в заданных пределах частот вращения и крутящих моментов.
Подшипники качения служат для уменьшения трения между движущимися и неподвижными частями машины, так как с трением связаны потери энергии, нагрев и износ.
Крышки корпуса служит для поддержки и ориентирования деталей, входящих в данную конструкцию редуктора, так же крышки корпуса предотвращают попадание в полость корпуса и в подшипники посторонних предметов. Стопорные кольца служат для фиксации подшипников качения.
корпус редуктора служит для ограждения редуктора и входящих в него деталей, от постороннего влияния и для защиты рабочих от травмирования.
Далее выявим четыре вида поверхностей деталей узла.
Вал-шестерня. Исполнительные поверхности: боковые поверхности зубьев. Основные базы: опорные шейки под подшипники, торцы буртиков, которые упираются в стопорные кольца. Вспомогательные базы: ступени вала, определяющие положение стопорных колец и подшипников, шпоночный паз на конце вала, резьба. Свободная поверхность: левый торец вала. Подшипник. Основные базы: наружное кольцо, которое входит в отверстие корпуса; торец наружного кольца, который упирается в буртик крышки; Третья базовая поверхность, определяющая угловое положение наружного кольца является скрытой, конструктивно не оформленной базой. Она формируется в результате натяга, возникающего при запрессовке наружного кольца подшипника в отверстие корпуса. Вспомогательные базы: внутреннее кольцо; торец, определяющий положение вала.
Крышка. Основные базы: торец, который контактирует с корпусом; центрирующий поясок, который входит в отверстие; отверстия под винты. Вспомогательные базы: торец крышки, определяющий положение наружного кольца подшипника.
Рис. 4. Схема расположения 4-х видов поверхностей на деталях редуктора: И.П. - исполнительные поверхности; (…) - основные базы; (xxx) - вспомогательные базы; (s) - свободные поверхности
Исполнительные поверхности - это поверхности детали, с помощью которых реализуется ее служебное назначение.
Основные базирующие поверхности - поверхности, при помощи которых определяется положение детали в машине. .
Вспомогательные базирующие поверхности - поверхности детали, при помощи которых определяется положение других деталей, присоединяемых к данной.
Свободные поверхности - поверхности, которые не соприкасаются, не контактируют с поверхностями других деталей.
Вывод: была освоена методика выявления на деталях машин четырех видов поверхностей, каждая из которых выполняет свое функциональное назначение. Также была проделана работа по выявлению четырех видов поверхностей на чертеже предложенного узла машины и обозначению их на чертеже.
Практическое занятие 2. Конструкторские базы деталей машин
Цель практического занятия: освоить методику выявления конструкторских баз деталей узла машины.
План проведения занятия:
1. Нарисовать эскизы деталей предложенного узла.
2. Для каждой детали выявить базовые поверхности, образующие комплект ее основных баз.
3. Построить на основных базовых поверхностях каждой детали координатную систему основных конструкторских баз с указанием параметров подвижности (а, b, c, , , ) .
4. Определить схему базирования каждой из деталей узла.
5. Нанести на основные базы рассматриваемых деталей теоретические опорные точки, определяющие соответствующую схему базирования.
6. Построить матрицы соответствия опорных точек и отнимаемых параметров подвижности.
7. Оформить и сдать работу.
Основные теоретические положения
Под базированием понимают придание детали требуемой точности относительно положения при лишении ее всех шести степеней свободы. В свою очередь поверхность или сочетание поверхностей, а также ось или точка, принадлежащие заготовке, детали или изделию, которые используют для базирования, называют базами.
В зависимости от функционального назначения базы различают на конструкторские, технологические и измерительные.
Конструкторские базы - это базы, которые используют для определения положения детали или сборочной единицы в изделии. Следует различать основные и вспомогательные конструкторские базы. С помощью основных конструкторских баз осуществляется базирование самой детали или сборочной единицы в изделии, а с помощью вспомогательных баз определяется положение других деталей, присоединяемых к данной.
Различные по форме и размерам детали машин в общем случае могут быть забазированы по одной из трех типовых схем:
1. базирование по трем плоскостям (базирование в координатный угол);
2. базирование с использованием двойной опорной базы;
3. базирование с использованием двойной направляющей базы.
1. Базирование по трем плоскостям (в координатный угол).
При этой схеме происходит совмещение трех базовых поверхностей присоединяемой детали с тремя поверхностями базовой детали.
Любое твердое тело, расположенное в пространстве, например призматическая деталь (см. рис. 5), имеет шесть степеней свободы, определяемые вектором подвижности = (а, b, c, , , ), где а, b, c - параметры смещения в направлении соответствующих координатных осей X, Y, Z; , , - параметры поворота вокруг соответствующих координатных осей.
Лишение детали всех шести степеней свободы достигается путем наложения на нее двухсторонних связей. Это показано на примере призматической детали, представленной на рис. 6.
Рис. 5 Схема наложения связей для лишения детали шести степеней подвижности
Если на базирующей поверхности детали Х0Y взять точку 1 и связать ее с соответствующей точкой 1', расположенной в координатной плоскости X0Y, то деталь будет лишена одной степени свободы параметра с, т.е. возможности перемещения в направлении оси Z. Если аналогично на плоскости Х0Y взять точку 2 и наложить на нее двухстороннюю связь, то деталь будет лишена второй степени свободы параметра - возможности вращения вокруг оси . Возьмем на плоскости Х0Y детали точку 3 и также наложим на нее двухстороннюю связь. В результате у деталь будет лишена еще одной степени свободы - параметра , т.е. возможности поворота вокруг оси X. Базирующая поверхность, на которой располагаются три опорные точки Т1, Т2, Т3, отнимающие у детали три степени свободы - одно смещение, например с, и два поворота, например, и , называется установочной базой: зубчатый колесо деталь конструкторский