《互换性与测量技术》三级项目报告 轴类零件的精度与检测

'《互换性与测量技术》三级项目报告题目：轴类零件的精度与检测班级：机控一班姓名：刘雅梁崔彭博李佳霖金炳岐钱达军指导教师：张艳提交时间：2014.12.15 <[互换性与测量技术课程三级报告]>摘要在机械行业中，轴类零件的精度对传动的平稳性，轴的寿命等很多方面有重要作用，为此需对其精度进行分析与检测。对轴类零件的结构特点及加工方法进行分析，根据其使用范畴，确定加工方法以及所能达到的精度等级，通过轴类零件的互换性，分析并确定轴和键、键槽所需要的尺寸公差、几何公差。不同的加工方法对应不同的粗糙度等级，加工零件时根据粗糙度需要选取不同的加工方法，确定轴、键、键槽各部分的粗糙度。用相应仪器对加工出来的轴类零件进行检测，选取允许范围内的零件进行装配。9 <[互换性与测量技术课程三级报告]>目录0前言11轴类零件的结构特点及加工方法22轴类零件的误差种类及加工误差23轴类零件的尺寸公差选用44轴类零件的几何公差选用55轴类零件的表面粗糙度选择6结论7参考文献89 <[互换性与测量技术课程三级报告]>0、前言随着现代生产技术、管理技术的进步和生产力的发展，产品的复杂程度及其质量要求日益提高。为适应这种社会化大生产的需要，提高生产效率，降低成本，保证产品质量，必须按照专业化协作的原则进行生产。在这种大背景下，机械设计人员需要在精度设计方面力求优化，所以《互换性与测量技术基础》课程的学习日益重要。本次三级项目的研究目的就是在同学学习完本课程后，将理论投入实践，熟练运用尺寸公差、形状和位置公差、表面粗糙度，以及配合方面的知识，达到巩固与更深层次的理解。本次项目涉及到轴类零件径向尺寸结构设计和公差的选择，轴类零件形位公差的选择，轴类零件表面粗糙度的选择，轴上的键槽尺寸选择，等一系列知识要点。互换性与测量技术将测量、标准化与计量学等有关部分有机结合在一起，而且涉及机械设计、机械制造、质量控制、生产组织管理等许多方面。它主要包含几何量公差选用和误差检验两方面的内容，与机械设计、机械制造及其质量控制密切相关。该课程结合生产中常用的典型零部件，如滚动轴承、键和花键、螺纹和齿轮，着重介绍了尺寸公差、形状和位置公差、表面粗糙度。在现代化的机械生产，必须遵循互换性的原则。只要运用正确的技术测量方法，将几何量的误差控制在一定的范围内，就能实现互换性。互换性原则是组织现代化，生产极为重要的技术经济原则，机械加工现代化生产的发展，专业化、协作化、生产模式的不断扩大，互换性原则的应用范围也越来越大。1、轴类零件的结构特点及其加工方法1.1轴系零件的结构特点轴类零件的结构决定于下列因素：轴的毛坯种类，轴上作用力的大小和分布情况，轴上零件的布置及固定方式，轴承类型及位置，轴的加工和装配工艺性以及其他一些要求。1.1.1轴的毛坯尺寸较小的轴可以用圆钢棒料车制，尺寸较大的轴应该用锻造的毛坯，铸造毛坯应用很少。为了减轻重量或为了结构上的需要，某些机器的轴常采用空心的剖面。因为传递转矩主要靠轴的外表面材料，所以空心轴比实心轴在材料的利用上较经济。有时为了解决大件锻造的困难，也可用焊接的毛坯。1.1.2轴颈、轴头、轴身轴主要由轴颈、轴头、轴身三部分组成。轴上被支承的部分叫做轴颈，安装轮毂部分叫做轴头，联接轴颈和轴头的部分叫做轴身。轴颈的结构随轴承的类型及安装位置而有所不同。轴颈、轴头与其他相联接零件的配合要根据工作条件合理地提出，同时还要规定这些部分的表面粗糙度，这些技术条件对轴的运转性能关系很大。为使运转平稳，必要时还应对轴颈和轴头提出平行度和同轴度等要求。对于滑动轴承的轴颈，有时还要提出表面热处理的条件等。9 <[互换性与测量技术课程三级报告]>从节约材料、减轻重量的观点看，轴的各横截面最好是等强度的。但是从工艺观点来看，轴的形状却是越简单越好。在决定轴的外形时，在能保证装配的前提下，既要考虑节约材料，又要考虑便于加工。因此，实际的轴多做成阶梯形，只有一些简单的心轴和一些有特殊要求的转轴才做成具有同一名义直径的等值轴。1.1.3零件在轴上的固定轴上的零件通常是以毂和轴联在一起的，毂的固定有周向固定和轴向固定两种。零件的周向固定可采用键、花键、成形、销、弹性环、过盈等联接。零件的轴向固定方法有轴肩（或轴环）、挡圈、圆螺母、套筒、圆锥形轴头等。为了使轴上零件与轴肩端面紧密贴合，应保证轴的圆角半径r、轮毂孔的倒角高度C（或圆角半径R）、轴肩高度a之间有下列关系：r轴系简图实际加工不可能做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。代号为4的轴头：轴头上会与齿轮进行装配，其在生产加工时产生的圆柱度误差和圆跳动误差会影响与齿轮的配合。代号为2和6的轴径：轴颈对公共基准轴线会产生径向圆跳动误差，即被测要素绕基准轴线回转一周时，由位置固定的指示器在给定方向上测得的最大与最小读数之差。同时轴颈上安装轴承其圆柱度误差会影响实际安装。代号1和4上的键槽：单键联结是通过键的侧面与轴槽侧面相接触来传递转矩，键槽侧面产生的对称误差，即指以基准为对称中心，包含被测表面的对称平面（或轴心线）的两个平面之间的最小距离，会影响平键联结的可靠性。代号为5的轴肩：轴肩，定位轴肩是起定位作用的，轴系组装时，垂直度误差会对定位的零件位置产生影响。以上误差会对轴的装配安装的精度产生影响，影响轴的使用，但是在轴的加工中还会产生其他形位误差。误差种类：1)形状误差i.直线度：任何直线水平方向的偏移量称为水平直线度，垂直方向则称为垂直直线度。ii.平面度：平面度误差是指被测实际表面相对其理想平面的变动量,理想平面的位置应符合最小条件。iii.圆柱度：圆柱度是指任一垂直截面最大尺寸与最小尺寸差为圆柱度。圆柱度误差包含了轴剖面和横剖面两个方面的误差。iv.圆度：实际圆对理想圆变动量。2)位置误差i.平行度：两平面或者两直线平行的程度。ii.垂直度：垂直度评价直线之间、平面之间或直线与平面之间的垂直状态。iii.同轴度：被测轴线相对基准轴线位置的变化量.。9 <[互换性与测量技术课程三级报告]>iv.对称度：对称度指以基准为对称中心，包含被测表面的对称平面（或轴心线）的两个平面之间的最小距离。v.位置度：一形体的轴线或中心平面允许自身位置变动的范围﹐即一形体的轴线或中心平面的实际位置相对理论位置的允许变动范围。vi.圆跳动：被测要素绕基准轴线回转一周时，由位置固定的指示器在给定方向上测得的最大与最小读数之差。vii.全跳动：全跳动公差是关联实际被测要素对理想回转面的允许变动量。当理想回转面是以基准要素为轴线的圆柱面时，称为径向全跳动；与当理想回转面是与基准轴线垂直的平面时，称为轴向(端面)全跳动。加工精度是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数的符合程度。在轴的加工中会用到粗车、精车、细车、粗铣和粗磨等加工方法。所能达到的加工精度如下表。3.轴类零件的尺寸公差选用轴系简图3.1基准制的选择9 <[互换性与测量技术课程三级报告]>A.代号为3和6的轴径，与轴承内圈相配合，要以滚动轴承的内圈为基准件，基孔制加工配合轴径。B.代号为1号的轴径与联轴器相配合，因为联轴器是标准件，所以加工该轴径端时按基孔制进行加工。C.代号为2的轴径是与轴承透盖配合的轴段，轴承透盖的作用是仅仅是防尘、防漏，以及限制轴承和齿轮的轴线位移量，为了拆装方便和调整方便，选用非基准制。D、代号为4的轴头与齿轮轮毂相配合，一般选用基孔制。3.2公差等级的选择轴段1、3、4、6与滚动轴承、齿轮和联轴器的公差等级，直接受轴承、联轴器和齿轮精度的影响，应该按联轴器、轴承和齿轮的精度来确定轴段的公差等级，查资料可知选IT7。轴段2和轴段5是非配合表面不需要选择公差等级。3.3配合种类和配合选用传动轴上与之配合联轴器、齿轮、滚动轴承，两者之间没有相对的运动，也不用经常拆卸，故应选间隙配合。间隙配合有js、k、m、n。联轴器和齿轮轮毂与轴径是略有过盈的定位配合，轴段1和轴段4的基本偏差选用js.滚动轴承与轴径的配合属于定位配合，所以轴段3和轴段6的基本偏差选用k。与密封件相配合的轴段2，自由段5为非配合表面，不用标准公差尺寸。3.4根据设计参数给出各段的结构尺寸及公差3.4.1轴系尺寸及公差第一段轴段:第二段轴段:Φ42第三段轴段:第四段轴段:第五段轴段:Φ509 <[互换性与测量技术课程三级报告]>第六段轴段:3.4.2键的选择键1：根据与它配合的轴径的直径d是Φ47mm，查表可得，键的尺寸键的尺寸为b×h=14mm×9mm，则轴槽t=5.50+0.2mmd-t1=41.50-0.2键2：根据与它配合的轴径d是Φ38mm键的尺寸为b×h=10mm×8mm，则轴槽t=50+0.2mmd-t1=330-0.24.轴类零件的几何公差选用4、1为了保证轴颈配合精度和旋转精度，几何公差项目的选择如下A、保证配合精度—控制圆柱面形位误差—规定圆柱度或包容要求B、保证回转精度—控制轴颈同轴度误差—规定径向圆跳动4、2为了保证轴头配合性质和啮合精度，几何公差项目的选择如下A、为保证轴头与齿轮/联轴器配合性质—应规定包容要求B、为保证轴头与齿轮/联轴器啮合精度—控制相对轴颈同轴度—规定圆跳动4、3几何公差等级的选择在轴头轴颈等轴段处存在径向圆跳动，因为基本尺寸范围均在30-50之间，对圆柱体结合件的尺寸公差选定为IT7，则相应选定形位公差为IT7。故此处相应的选择径向圆跳动公差值为0.020mm。在定位轴肩处存在端面圆跳动,知端面圆跳动为0.012mm。键槽：键槽对轴的中心线的对称度误差选择6级，公差值为0.012mm5.轴类零件的表面粗糙度选择5.1工作表面的加工工艺及粗糙度的选择根据相关推荐和应用场合选择表面粗糙度轴肩处采用精车或磨削，表面粗糙度为Ra3.2；轴头处加工方式采用精车，表面粗糙度Ra3.2，轴段加工方式为磨，表面粗糙度Ra1.69 <[互换性与测量技术课程三级报告]>定位轴肩采用精车或磨削，表面粗糙度Ra3.2非工作表面的加工工艺及粗糙度的选择非工作表面粗车Ra12.55.2键及键槽的粗糙度键侧面取Ra1.6,键槽侧面取Ra3.2，键槽的上下面取Ra6.3，其余表面均为Ra12.59 <[互换性与测量技术课程三级报告]>结论本次互换性三级项目，课题是《轴类零件的精度与检测》，通过对轴结构分析、加工方法、加工生产误差的分析、公差给定等过程，我们加深了对轴系零件加工和轴类精度设计的认识。我们查阅了很多有关互换性、机械设计、冷加工的书籍，对轴整个的设计生产使用检测有了完整的认识。通过这次互换性三级项目的学习经历为，了解了如何去学习一个零件互换性的设计与检测，使我们以后去学习其他零件的互换性打下了坚实的基础，为课程设计的精度设计乃至未来学习和工作做了铺垫。在这次项目中我们小组成员一起研究、查资料一同思考互相帮助，没有共同的努力彼此的帮助我们不可能完成项目，通过小组合作我们增强了团队合作意识与能力。本次互换性三级项目中，我们学习的不仅是知识更是一种意识。，不论是怎样一个再熟悉不过的零件都是经过科学严谨的计算得来的，图纸上的标识没有一个是多余或者随意写的，其后都是科学的结晶，这教育我们在学习或者工作中都要一丝不苟的按照要求遵循规律。在设计加工安装不论哪个环节没有严格要求认真对待，其错误的蝴蝶效应一定会为整个工程到来不可挽回的巨大损失。我们在未来的工作学习中一定会秉持科学严谨的态度，去诠释一个机械工程师的严谨精神。9 <[互换性与测量技术课程三级报告]>9 <[互换性与测量技术课程三级报告]>参考文献[1]互换性与测量技术基础[M].中国标准出版社，2011年。参考文献按照国际标准录入，具体格式如下a.专著、论文集、学位论文、报告[序号]主要责任者.文献题名[文献类型标识].出版地：出版者，出版年：起止页码.例:[2]刘国，陈绍业，王风翥.图书馆目录[M].北京：高等教育出版社，1957：15-18.[3]张筑生.微分半动力系统的不变集[D].北京：北京大学数学系数学研究所，1983.[4]冯西桥.核反应堆压力管道与压力容器的LBB分析[R].北京：清华大学，1997.b.期刊文章[序号]主要责任者.文献题名[J].刊名，年，卷（期）：起止页码.例:[5]沈镭.青藏高原资源与发展互动关系探讨[J].自然资源学报，2000，15（4）:297-304.c.论文集中的析出文献[序号]析出文献主要责任者.析出文献题名[C]//原文献主要责任者.原文献题名.出版地（注：不是会议召开地，而是出版者所在地）：出版者，出版年:析出文献起始止页码.例：[6]钟文发.非线性规划在可燃毒物配置中的应用[C]//赵玮.运筹学的理论与应用--中国运筹学会第五届大会论文集.西安：西安电子科技大学出版社，1996:468-471.d.报纸文章[序号]主要责任者.文献题名[N].报纸名，出版日期（版次）.例:[7]谢希德.创造学习的新思路[N].人民日报，1998-12-25（10）.e.国际、国家标准[序号]标准编号，标准名称[S].[8]GB/T16159-1996，汉语拼音正词法基本规则[S].f.电子文献[序号]主要责任者.电子文献题名[电子文献及载体类型标识].电子文献的出处或可获得地址，发表或更新日期/引用日期（任选）.例:[9]王明亮.关于中国学术期刊标准化数据库系统工程的进展[EB/OL].http://www.cajcd.edu.cn/pub/wml.txt/980810-2.html,1998-08-16/1998-10-04.g.各种未定义类型的文献[序号]主要责任者.文献题名[Z].出版地：出版者，出版年9'