Основные принципы проектирования машин
Проектирование машин и их деталей является особым видом инженерного искусства. Для правильного проектирования недостаточно знания одной лишь теории. Необходимо знакомство с существующими конструкциями и умение в них критически разбираться; знание методов изготовления деталей; знание условий работы проектируемой машины; умение конкретно воплощать свои идеи в виде конструктивного чертежа. Умственное представление всего проектируемого должно предшествовать чертежу так же, как мысль должна предшествовать слову. Ясно, что для проектирования машин и их деталей необходим некоторый практический навык. В данном пособии будут указаны основные принципы, правила и приемы проектирования, знакомство с которыми позволит студентам успешно выполнить курсовой проект по деталям машин.
Проектирование машины состоит прежде всего из конструктивной разработки общего расположения машины и выбора формы отдельных ее деталей, а также из тесно связанных между собой расчета машины и ее частей и выполнения чертежей: установочного для машины; сборочных для ее частей; рабочих для ее деталей.
Рационально спроектированная и правильно построенная машин должна быть прочной, долговечной, возможно дешевой и экономичной в работе, а также безопасной для обслуживающих ее лиц. Этим основным требованиям должна удовлетворять не только каждая машина в целом, но и каждая ее деталь. При конструировании машин экономические соображения должны всегда стоять на одном из первых мест. Стоимость машины определяется стоимостью материала, изготовления и обработки отдельных ее деталей, а также массой машины, т.е. экономией машиностроительных материалов. Габариты и масса машины в значительной степени определяются ее кинематической схемой и компоновкой ее узлов и деталей. Компоновка узлов и деталей машин должна быть такой, чтобы возможно полнее использовать рабочее пространство рам, станин и корпусов. Уменьшение габаритов машин приводит не только к экономии машиностроительных материалов и тем самым к снижению их стоимости, но и позволяет устанавливать на одних и тех же производственных площадях большее количество машин, что приводит к увеличению количества продукции, снимаемой с квадратной единицы полезной производственной площади.
Для уменьшения массы машин во всех случаях, где это возможно, необходимо применять гнутые, штампованные, пустотелые облегченные тонкостенные профили проката. Большую экономию не только в расходе машиностроительных материалов, но и в стоимости деталей машин дает применение таких прогрессивных методов изготовления деталей машин, как сварка, центробежная отливка полых тел вращения, отливка в кокиль. По этим соображениям иногда бывает рационально заменить литые детали штампованными, а кованые штампосварными.
Для снижения стоимости машин большое значение имеет также замена дорогостоящих материалов (например, цветные металлы и легированные стали) более дешевыми, когда это не вызывает ухудшения качества машин. Всегда, когда это возможно и экономически целесообразно, для изготовления деталей машин следует взамен черных и цветных металлов применять пластмассы. Вместе с тем снижение стоимости машин может быть достигнуто, если основные детали их, от которых зависят размеры отдельных частей и всей машины, изготовлять из более прочного, хотя и более дорогого материала. Например, в редукторах применение высокопрочных сталей для изготовления зубчатых колес, приводящее к уменьшению размеров последних, позволяет уменьшить размеры и массу такой дорогостоящей детали, как корпус редуктора. Это в свою очередь позволяет уменьшить размеры и массу такой дорогостоящей детали, как корпус редуктора, что в свою очередь позволяет уменьшить размеры и массу рамы машины или привода и тем самым снизить их стоимость. Исходя из этого в ряде случаев рекомендуется применять вместо обыкновенного серого чугуна модифицированный и высокопрочный чугун, а взамен углеродистой стали легированные стали.
Одним из наиболее эффективных средств экономии машиностроительных материалов является использование точных методов расчета деталей машин, позволяющих брать для последних минимальные запасы прочности. Однако не всегда наиболее дешевая машина является наилучшей. В большинстве случаев наиболее выгодной машиной будет та, у которой сумма всех эксплуатационных расходов, включая амортизацию, ремонт, смазку и т. п., наименьшая. Не рекомендуется возлагать на один и тот же механизм слишком много функций. При этом конструкция данного механизма усложняется, а чем сложнее механизм, тем он дороже и менее долговечен. Поэтому при проектировании машин следует применять принцип разделения функций между отдельными механизмами машины. Весьма важное значение имеет количество выполняемых одновременно одинаковых машин или их деталей. Экономия материала и простота обработки тем важнее, чем большее количество одинаковых деталей изготовляется. При проектировании деталей машин следует по возможности пользоваться простыми геометрическими формами и их комбинациями, легко получаемыми при обработке деталей на станках. Огромное значение для удешевления машины при повышении ее качества имеет применение стандартных деталей и узлов и стандартных размеров. Поэтому при проектировании машин и их деталей не только необходимо применение существующих ГОСТов, но и рекомендуется пользоваться ведомственными нормалями наших проектных организаций и заводов. Широкое внедрение в машиностроение стандартных деталей машин позволяет не только сократить время на изготовление машины, но и облегчить сам процесс проектирования. Блочность машины, т. е. разбивка ее на ряд отдельных легко собираемых блоков (узлов), облегчает и ускоряет сборку машины (блоки легко разбирают и сменяют). Экономичность машины в работе зависит главным образом от соответствия конструкции машины тем законам, на которых основано ее действие; материала и тщательности выполнения деталей машины; правильности монтажа машины; внимательного ухода за машиной, от чего зависят эксплуатационные расходы во время работы машины, а также ее долговечность. Уменьшение вредных сопротивлений в машине и как следствие увеличение ее коэффициента полезного действия и повышение срока службы отдельных деталей и узлов машины - одно из важнейших требований, предъявляемых к машине при ее проектировании.
Увеличение коэффициента полезного действия машины достигается: рациональным выбором ее кинематической схемы; назначением наиболее совершенных типов передач; рациональным выбором материала, формы и обработки трущихся деталей; рациональным выбором смазки трущихся поверхностей деталей машины.
При проектировании машин необходимо стремиться предупредить возможность несчастных случаев. Для этого следует: предусматривать возможность моментальной остановки машин в случае несчастья; движущиеся открытые части машин ограждать перилами, щитами, кожухами и т. п. устройствами; везде, где возможно, выступающие, вращающиеся части, как, например, болты муфт, закрывать гладкими фланцами; предусматривать предохранительные приспособления от возможных взрывов частей машины. Нельзя ограничиваться рассмотрением одной кинематической или динамической стороны, а необходимо принимать во внимание материал, форму, условия и возможность изготовления деталей машин, реальные условия работы их в промышленности и другие обстоятельства конструктивного и экономического порядка. Особое внимание уделяется облегчению условий труда рабочих. Машина должна отнимать у рабочего возможно меньше времени для своего управления и ухода за ней и не должна утомлять его. Все операции, требующие физического и нервного напряжения, по возможности следует устранять. Снижение утомляемости рабочих способствует повышению производительности и качества их труда. При проектировании машин необходимо обращать внимание на их внешний вид.
Разработка схемы машины и конструктивной формы отдельных её деталей составляет первую стадию проектирования. Следующий этап - расчет машины и ее деталей и создание чертежей. Никогда не следует задерживать начало вычерчивания до полного окончания расчета. Эта первая ошибка начинающих почти всегда влечет за собой бесполезную трату времени и труда на неизбежные в этом случае переделки расчета и неожиданные недоразумения при вычерчивании. Расчеты деталей машин на прочность, жесткость и устойчивость производятся в основном по формулам сопротивления материалов. Напряжение в деталях машин нигде не должно превосходить допускаемого для них при данных условиях работы, а деформация деталей машин во всех случаях должна быть упругой. На размеры деталей машин влияет не только расчет их на прочность, но и другие, чисто практические обстоятельства: возможность и простота изготовления деталей машин; возможность последующей обработки их; возможность сборки машины и монтажа ее на месте; возможность ремонта машины; безопасность обслуживающих лиц; условия доставки машины и ее частей на место установки. Учесть заранее все эти обстоятельства крайне трудно. Поэтому после установления схемы машины на эскизе следует приступать к выполнению чертежей, как только расчет даст достаточно данных для него, т. е. сейчас же проверять все полученные расчетом размеры на чертеже, не откладывая начало вычерчивания до окончания расчета.
Практикой машиностроения установлен ряд конструктивных положений общего характера, которых рекомендуется придерживаться при проектировании машин и их деталей. Основные из этих положений можно сформулировать следующим образом. При проектировании машин и их деталей необходимо пользоваться ГОСТами и ведомственными нормалями заводов и проектных организаций. При расчете деталей машин диаметры и длины необходимо округлять, принимая ближайшее к ним значение из ряда нормальных диаметров и длин по ГОСТ 6636-81*.
Расчеты деталей машин на прочность, жесткость и устойчивость надо производить везде, где это возможно, по максимально допускаемым напряжениям и деформациям. Не следует применять резких изменений сечения. Во избежание появления в этих местах концентрации напряжений, часто являющейся причиной поломок, все переходы рекомендуется сопрягать плавными закруглениями не слишком малого радиуса.
Рис.9.1 Рис.9.2
При передаче деталями машин больших усилий необходимо, чтобы эти усилия воспринимались возможно солидными частями, высокими ребрами и т. п., чтобы распределить их на возможно большую поверхность и массу. Так, например, на рис. 9.1 показана правильная конструкция, где фундаментный болт пропущен через высокую часть рамы, а на рис. 9.2 - менее надежная конструкция со сравнительно слабой лапой, которая при действии на нее усилий легко может отломаться. Стоимость литых деталей относительно высока и поэтому рамы под приводы рекомендуется выполнять по возможности из металлоконструкций (рис.9.3).
Рис.9.3. Установка привода на сварной раме из швеллеров: 1 – сварная рама; 2 – коническо-цилиндрический
редуктор; 3 – муфта; 4 – электродвигатель
9.1. Конструирование элементов корпуса редуктора
Корпус редуктора служит для размещения и координации деталей передачи, защиты их от загрязнения, организации системы смазки, а также воспринятия сил, возникающих в зацеплении редукторной пары, подшипниках, открытой передаче.
Корпусы редукторов выполняют, как правило, литыми и при конструировании должна быть обеспечена необходимая прочность и жёсткость, исключающая перекос валов. В таблице 9.1 приведены рекомендуемые литейные уклоны при конструировании литых деталей из стали или чугуна.
Таблица 9.1
Для
повышения жёсткости корпусов служат
рёбра, располагаемые у приливов под
подшипники. Корпус обычно выполняют
разъёмным, состоящим из основания (его
иногда называют картером) и крышки.
Плоскость разъёма проходит через оси
валов. При конструировании червячных
и лёгких зубчатых редукторов иногда
применяют неразъёмные корпусы со
съёмными крышками.
В одноступенчатых редукторах принята в основном конструкция разъёмного корпуса, состоящего из крышки и основания (рис. 9.4, 9.5). Корпуса вертикальных цилиндрических редукторов могут иметь (рис. 9.4) в отдельных случаях два разъёма, что определяет ещё одну часть корпуса среднюю. Несмотря на разнообразие форм корпусов, они имеют одинаковые конструктивные элементы подшипниковые бобышки, фланцы, рёбра, соединённые стенками в единое целое, и их конструирование подчиняется некоторым общим правилам.
Форма корпуса определяется в основном технологическими, эксплуатационными и эстетическими требованиями с учётом его прочности и жёсткости. Этим требованиям удовлетворяют корпуса прямоугольной формы с гладкими наружными стенками без выступающих конструктивных элементов: подшипниковые бобышки и рёбра внутри; стяжные болты только по продольной стороне корпуса в нишах; крышки подшипниковых узлов преимущественно врезные; фундаментные лапы не выступают за габариты корпуса (см. рисунки типовых конструкций редукторов в атласе).
Предлагаемые формы корпусов не единственные. В случае необходимости можно создавать другие конструкции.
Габаритные (наружные) размеры корпуса определяются размерами расположенной в корпусе редукторной передачи и кинематической схемой редуктора
Рис.9.4
.
Рис.9.5
При этом вертикальные стенки редуктора перпендикулярны основанию, верхняя плоскость крышки корпуса параллельна основанию зубчатая передача вписывается в параллелепипед (см. рис.9.4). Поэтому конструирование зубчатой передачи, валов и подшипниковых узлов, размеры которых предварительно определены в эскизном проекте, выполняются во взаимосвязи с конструированием корпуса.
В малонагруженных
редукторах (Нм) толщины стенок крышки и основания
корпуса принимаются одинаковыми
(рис.9.6)
мм, гдеТ
2
− вращающий момент на колесе тихоходного
вала, Нм.
Внутренний контур стенок корпуса очерчивают по всему периметру корпуса с учётом зазоров иh М между контуром и вращающимися деталями (см. рис. 9.5).
Особое внимание уделяют фланцевым соединениям, которые воспринимают нагрузки от зубчатой передачи.
Различают пять видов фланцев:
1 − фундаментный основания корпуса (рис. 9.7);
2 − подшипниковый бобышки основания и крышки корпуса;
3 − соединительный основания и крышки корпуса;
4 − крышки подшипникового узла;
5 − крышки смотрового люка.
Конструктивные элементы фланца с соответствующим ему индексом выбирают в зависимости от диаметра d крепёжного винта (болта) из таблицы 9.2 или определяют по рекомендации (рис. 9.8):
для винтов ширина ; координата оси отверстияС = k /2 ;
высота опорной поверхности под головку мм;
для болтов ширина ;
координата оси отверстия С = k /2 − (1...2) мм.
Рис.9.6
Рис. 9.7
Диаметр d крепёжного винта (болта) определяется в зависимости от значения главного геометрического параметра редуктора a w по табл. 9.2.
Таблица 9.2
|
Главный геометри- ческий параметр | |||||
|
50 a w (d e 2) 100 | |||||
|
100 a w (d e 2) 160 | |||||
|
100 a w (d e 2) 160 |
В таблице индекс диаметра d крепёжного винта (болта) указывает на его принадлежность соответствующему фланцу (см. рис. 9.6 − 9.8).
Фундаментный
фланец основания корпуса предназначен
для крепления редуктора к фундаментной
раме (плите). Опорная поверхность фланца
выполняется в виде двух длинных
параллельно расположенных или четырёх
небольших платиков (см. рис. 9.6, 9.7). Места
крепления располагают на возможно
большем (но в пределах корпуса) расстоянии
друг от друга L
1 .
Длина опорной поверхности платиков
L
= L
1 + b
1 ;
ширина
;
высота
.
Рис. 9.8
Проектируемые
редукторы крепятся к раме (плите) четырьмя
болтами (шпильками), расположенными в
нишах корпуса. Размеры ниш даны на рис.
9.8; высота ниш h
01
= (2,0...2,5)d
1
при креплении шпильками,
болтами. Форма ниши (угловая или боковая)
определяется размерами, формой корпуса
и расположением мест крепления. По
возможности корпус крепится к раме
(плите) болтами снизу, что исключает
необходимость конструирования ниши.
Фланец подшипниковой бобышки крышки и основания корпуса предназначен для соединения крышки и основания разъёмных корпусов. Фланец расположен в месте установки стяжных подшипниковых болтов (винтов) (см. рис. 9.6); на продольных длинных сторонах корпуса; в крышке наружу от её стенки, в основании – внутрь от стенки.
Количество подшипниковых (стяжных) винтов равно 2 для вертикальных редукторов и 3 для горизонтальных.
Подшипниковые стяжные винты ставят ближе к отверстию под подшипник на расстоянии L 2 друг от друга так, чтобы расстояние между стенками отверстий диаметром d 02 и D T (при установке торцовой крышки подшипникового узла) было не менее 3...5 мм (см. рис. 9.6). Высота фланца определяется графически, исходя из условий размещения головки винта на плоской опорной поверхности подшипниковой бобышки.
В цилиндрическом горизонтальном редукторе (см. рис. 9.6) винт, расположенный между отверстиями под подшипники, помещают посередине между этими отверстиями. При этом наружные торцы подшипниковых бобышек для удобства обработки выполняют в одной плоскости.
В разъёмных корпусах при сравнительно небольших продольных сторонах (при a w (d e 2) 160) фланец высотойh 2 выполняют одинаковым по всей длине (см. рис. 9.6). На коротких боковых сторонах крышки и основания корпуса, не соединённых винтами, фланец расположен внутрь корпуса и его ширина k 3 определяется от наружной стенки; на продольных длинных сторонах, соединённых винтами d 3 , фланец располагается: в крышке корпуса наружу от стенки, в основании внутрь.
Количество соединительных винтов n 3 и расстояние между ними L 3 принимают по конструктивным соображениям в зависимости от размеров продольной стороны редуктора и размещения подшипниковых стяжных винтов. При сравнительно небольшой длине продольной стороны можно принять d 3 = d 2 и h 3 = h 2 и поставить один − два винта (см. рис. 9.6). При длинных продольных сторонах принимают для болтов,для винтов, а количество винтовn 3 и расстояние между ними L 3 определяют конструктивно.
Фланец для крышки подшипникового узла, в котором отверстие (полость) в случаях неразъёмной или разъёмной подшипниковой бобышки закрывается торцовой крышкой, подбирается по диаметру винтов d 4 (табл. 9.3).
Таблица 9.3
Параметры присоединительного фланца торцовой крышки подшипникового узла определяют по табл. 9.4 и 9.5.
Фланец для крышки смотрового окна (см. рис. 9.4, 9.5, 9.9), для которого размеры сторон, количество винтов n 3 и расстояние между ними L Б устанавливают конструктивно в зависимости от места расположения окна и размеров крышки смотрового окна; высота фланца h 5 = 3...5 мм.
Для закрепления в корпусе сливных пробок, отдушин, маслоуказателей на крышке и основании предусмотрены опорные платики (фланцы). Размеры сторон платиков должны быть на величину e = 3...5 мм больше размеров опорных поверхностей прикрепляемых деталей. Высота платика (рис. 9.8).
Подшипниковые бобышки предназначены для размещения комплекта деталей подшипникового узла (см. рис. 9.4, 9.6). В зависимости от конструкции крышки и основания корпуса редуктора возможно различное расположение бобышек подшипниковых узлов быстроходного и тихоходного валов.
Таблица 9.4. Конструктивные элементы фланца крышки и бобышки подшипникового узла
|
Элементы | ||
|
торцовая | ||
|
Внутренний диаметр D Б , D Т |
По диаметру D наружного кольца подшипника или стакана |
|
|
Наружный диаметр D Б2 , D Т2 |
По диаметру крышки D 2 + (4...5) мм |
1,25D + 10 мм |
|
Диаметр центровой окружности винтов D Б1 , D Т1 |
По центровому диаметру крышки D 1 | |
|
Диаметр кольцевой расточки D Б0 , D Т0 |
По диаметру выступа крышки D 0 |
|
|
Высота h 4 | ||
В редукторах вертикального исполнения (рис. 9.4), когда разъем крышки и основания корпуса выполняют по оси ведомого вала, подшипниковые бобышки расположены внутри коробчатого корпуса.
В редукторах горизонтального исполнения (рис. 9.5), когда разъем корпусных деталей выполняют по осям валов, бобышки подшипниковых узлов в основании корпуса располагают внутри корпуса, а в крышке – снаружи.
Внутренний диаметр подшипниковой бобышки быстроходного D Б и тихоходного D Т вала равен внутреннему диаметру фланца для крышки подшипникового узла (см. табл. 9.4), а наружный D Б3 (D Т3) = D Б (D Т) + 3, где− толщина стенки корпуса.
Рис. 9.9
Длина гнезда подшипниковой бобышки l 1 быстроходного и l 2 тихоходного валов зависит от комплекта деталей подшипникового узла и типа подшипника (см. табл. 9.5); при этом учитываются размеры деталей регулирующих устройств, внутренних уплотнений и крышек.
Таблица 9.5. Определение длины l подшипникового гнезда, мм
Примечания: 1. h − высота центрирующего пояса торцовой крышки или высота врезной крышки.
2. B (T ) − ширина подшипника.
3. H 1 − высота регулировочного винта.
4. H − высота нажимной шайбы.
Смотровой люк (рис. 9.9). Служит для контроля сборки и осмотра редуктора при эксплуатации. Для удобства осмотра его располагают на верхней крышке корпуса, что позволяет также использовать люк для заливки масла. Смотровой люк делают прямоугольной или (реже) круглой формы максимально возможных размеров. Люк закрывают крышкой. Широко применяют стальные крышки из листов толщиной мм (см. рис. 9.9,а ). Для того чтобы внутрь корпуса извне не засасывалась пыль, под крышку ставят уплотняющие прокладки из картона (толщиной 1...1,5 мм) или полоски из резины (толщиной 2…3 мм). Если с такой крышкой совмещена пробка-отдушина, то её приваривают к ней или прикрепляют развальцовкой (рис. 9.9, б ).
На рис. 9.9, в приведена крышка, совмещённая с фильтром и отдушиной. Внутренняя крышка окантована с двух сторон вулканизированной резиной. Наружная крышка плоская, вдоль длинной её стороны выдавлены 2 − 3 гофра, через которые внутренняя полость редуктора соединена с внешней средой. Пространство между крышками заполнено фильтром из тонкой медной проволоки или другого материала. Крышки крепятся к корпусу винтами с полукруглой или полупотайной головкой.
Если смотровой люк отсутствует или расположен в боковой стенке корпуса, то в верхней плоскости крышки корпуса предусматривают отверстие под отдушину. Иногда по конструктивным соображениям контроль уровня смазки зацепления осуществляют жезловым маслоуказателем, установленным в крышке корпуса, для чего предусматривается специальное отверстие. Эти отверстия можно использовать и для заливки масла.
Установочные штифты (см. рис. 9.10). Расточку отверстий под подшипники (подшипниковые гнёзда) в крышке и основании корпуса производят в сборе. Перед расточкой отверстий в этом соединении устанавливают два фиксирующих штифта на возможно большем расстоянии друг от друга для фиксации относительного положения крышки корпуса и основания при последующих сборках. Фиксирующие конические штифты располагают наклонно или вертикально (см. рис. 9.10, а и б ) в зависимости от конструкции фланца. Там, где невозможно применение конических штифтов, встык соединения ставят со стороны каждой стенки по одному (всего 4) цилиндрическому штифту (см. рис. 9.10, в ). Диаметр штифта d = (0,7…0,8)d 3 , где d 3 − диаметр соединительного винта.
Отжимные винты . Уплотняющее покрытие плоскости разъёма склеивает крышку и основание корпуса. Для того чтобы обеспечить их разъединение, при разборке рекомендуют применять отжимные винты, которые ставят в двух противоположных местах крышки корпуса. Диаметр отжимных винтов принимают равным диаметру соединительных d 3 или подшипниковых d 2 стяжных винтов.
Изучение конструкции и
Определение параметров зубчатых передач
Цилиндрического зубчатого редуктора
Разработал: к.т.н., доц. Кравец Н.Ф.
к.т.н. Пузанова О.В.
Рецензент: д.т.н., Даньков А.М.
Утверждено
на заседании кафедры ОПМ
26.10.2011 протокол №4
Цель работы:
Ознакомление с конструкцией и назначением основных деталей и узлов зубчатого цилиндрического редуктора, определение параметров зубчатого зацепления, измерение габаритных, установочных и присоединительных размеров.
Описание конструкции редуктора.
Редуктор – это механизм, предназначенный для увеличения крутящего момента и снижения частоты вращения при передаче движения ведущего вала к ведомому. Вид редуктора определяется количеством и видом передач, входящих в его состав. Например, если в состав редуктора входят две цилиндрические зубчатые передачи, то такой редуктор называется цилиндрическим двухступенчатым.
Основным параметром редуктора является передаточное отношение, которое показывает во сколько раз скорость выходного вала редуктора меньше, чем входного. Наиболее распространены зубчатые редукторы, обладающие высоким к.п.д. и достаточной долговечностью.
Ответственным узлом редуктора является его корпус. Он проектируется на основании многих требований, учитывающих технологию изготовления корпуса и монтажа передачи, удобства осмотров и ремонта при эксплуатации. Так как корпус воспринимает реакции зубчатой передачи, возникающие при ее работе, и внешние силовые факторы (активный крутящий момент на быстроходном валу, реактивный крутящий момент на тихоходном валу, консольные нагрузки на концах валов, силы веса и силы инерции вращения деталей в период пуска и остановки), действующие на болты, с помощью которых редуктор присоединен к раме или фундаменту, то он должен быть достаточно жестким. Для увеличения жесткости корпуса редуктора в месте расположения подшипниковых опор в конструкции корпуса предусмотрены специальные элементы – ребра жесткости.
На корпусах редукторов предусматривают элементы для строповки при транспортировке и во время монтажа.
Для снижения потерь на трение, уменьшения износа контактирующих поверхностей и удаления продуктов износа предусмотрена система смазки зубчатых колес и подшипников. Кроме того с помощью смазки производится охлаждение – деталей и предохранение их от коррозии. Емкость масляной ванны должна быть достаточной для обеспечения необходимого отвода тепла к стенкам корпуса и чтобы продукты износа не вовлекались в повторное обращение, а оставались на дне ванны. Для слива масла предусматривают сливное отверстие, закрываемое резьбовой пробкой. Заливка масла производится, как правило, через смотровое окно. Контроль уровня масляной ванны чаще всего производят жезловым маслоуказателем.
Уплотнение быстроходного и тихоходного валов зубчатых передач предназначены для предотвращения вытекания масла из корпуса, а также для защиты от попадания грязи вовнутрь корпуса.
Нагревание воздуха в корпусе работающего редуктора сопровождается повышением давления. Чтобы предотвратить при нагревании протечки масла через разъемы корпуса и уплотнения валов, а при остывании – засасывание загрязненного воздуха внутрь, предусматривают вентиляцию корпуса. При смазке зубчатых колес окунанием для вентиляции достаточно поставить пробку-отдушину.
Зубчатые колеса могут быть насадными или выполненными за одно с валом: вал-шестерни. Если зубчатые колеса изготовлены с применением литых заготовок и вращаются с частотой свыше 500 об/мин, то они должны быть отбалансированы. Балансировка зубчатых колес производится, как правило, выполнением отверстий в ступице зубчатого колеса.
Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины. Кинематическая схема привода может включать, помимо редуктора, открытые зубчатые передачи, цепные или ремённые передачи. Указанные механизмы являются наиболее распространённой тематикой курсового проектирования.
Назначения редуктора - понижение угловой скорости и соответственно повышения вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим. Механизмы для повышения угловой скорости, выполненные в виде отдельных агрегатов, называют ускорителями или мультипликаторами.
Редуктор состоит из корпуса (литого чугунного или сварного стольного), в котором помещают элементы передачи - зубчатые колёса, валы, подшипники и.т.д. В отдельных случаях в корпусе редуктора размещают также устройства для смазывания зацеплений и подшипников (например, внутри корпуса редуктора может быть помещён шестерённый масляный насос) или устройство для охлаждения (например, змеевик с охлаждающей водой в корпусе червячного редуктора).
Редуктор проектирует либо для привода определённой машины, либо по заданной нагрузке (моменту на выходном валу) и передаточному числу без указания конкретного назначения. Второй случай характерен для специализированных заводов, на которых организованно серийное производство редукторов.
Редукторы классифицируют по следующим основным признакам: типу передачи (зубчатые, червячные или зубчато-червячные); числу ступеней (одноступенчатые, двухступенчатые и.т.д.); типу зубчатых колёс (цилиндрические, конические, коническо-цилиндрические, и.т.д.); относительному расположению валов редуктора в пространстве (горизонтальные, вертикальные); особенностям кинематической схемы (развёрнутая, сносная, с раздвоенной ступенью и.т.д.).
Возможности получения больших передаточных чисел при малых габаритах обеспечивают планетарные и валковые редукторы.
2. Назначение и технологический анализ корпуса редуктора
Деталь корпус является составной частью сборочной конструкции одноступенчатого цилиндрического редуктора. Он имеет литую форму. К нему крепится крышка редуктора. Снаружи корпуса имеются два отверстия для сквозных крышек. В нижней части под углом 120 градусов располагается отверстие для маслоуказателя. Корпус редуктора служит для защиты шестеренного механизма редуктора одноступенчатого от внешних воздействий и выполнения условий работы закрепленного в нем механизма
Корпус относится к деталям класса «Корпус» с прямоугольным ступенчатым наружным контуром и двумя гладкими осевыми отверстиями со шпоночным пазом.
Деталь имеет следующие конструктивные элементы: два точных гладких сквозных полуотверстия, которые при соединении с крышкой редуктора дают два полных отверстия (Ø120H8 и 100Н8), предназначенные установки крышек и подшипников; восемь отверстий (Ø13H7) и 2 отверстия (Ø10H7), оси которых расположены на верхнем торце размером 580мм, необходимы для соединения с крышкой корпуса посредством восьми болтов и двух пальцев; с правого торца под углом 120 градусов имеется резьбовое 12мм предназначенное для установки маслоуказателя, на прямоугольной плите размером 500h14 расположены четыре отверстия Ø24мм для крепления редуктора к рабочему месту; на торце этой плиты расположено резьбовое отверстие для слива жидкости и мазки. Внутри корпуса находится полость размером 505мм и глубиной 176мм, служащая для установки в ней зубчатого механизма редуктора. Остальные размеры выполняются конструктивно.
Основная конструкторская база данной детали – 2 сквозных отверстия, вспомогательные базы – четыре отверстия.
В технических требованиях чертежа предусмотрен позиционный допуск четырех отверстий (Ø24H7) в радиальном выражении 0,25мм относительно базы, допуск зависимый, который необходим для обеспечения собираемости детали при установке ее на рабочий стол.
Основным видом обработки детали является обработка резанием. К основным операциям технологического процесса относятся: фрезерная, сверлильная, протяжная и другие.
По рабочему чертежу масса детали составляет 25кг.
Вывод: для установки и снятия заготовки со станка требуется применение специальных грузоподъемных средств. Это необходимо учитывать при техническом нормировании и выборе тары.
Анализ детали по размерам.
Габаритные размеры:
Наибольший диаметр 142Н12;
Наибольшая длина 580h12.
Наибольшая ширина 220h12
Анализ материала детали.
Деталь «Корпус» изготовлена из материала СЧ 15 ГОСТ 1412-85. Химический состав и механические свойства материала приведены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1 – Химический состав СЧ 15 ГОСТ 1412-85.
Таблица 2 – Механический состав СЧ 15 ГОСТ 1412-85.
СЧ 15 ГОСТ 1412-85– это серый чугун. Применяется для изготовления корпусных деталей (Основания большинства станков, ступицы, корпусы клапанов и вентилей и другие детали сложной конфигурации при недопустимости большого коробления и невозможности получения их старения. Тонкостенные отливки с большими габаритными размерами небольшой массы.).
Вывод: СЧ 15 ГОСТ 1412-85 обладает хорошей обрабатываемостью резанием с применением режущего инструмента оснащенными пластинками из твердого сплава, что повышает производительность. Свойства чугуна необходимо учитывать при проектировании заготовки и назначении режимов резания.
Анализ детали по точности и шероховатости.
Точность базовых поверхностей находится в пределах 7-12 квалитетов. Для достижения точности размеров данных квалитетов требуется многократная обработка, которая завершается тонким растачиванием для отверстия Ø100H8 и 120Н8
Наименьшую
шероховатость поверхностей
мкм можно достичь методами чистовой
обработки; шероховатость
мкм можно обеспечить получистовой
обработкой. Все остальные поверхности
детали по 14 квалитету точности и
шероховатостью
могут быть получены черновой обработкой.
Качественная оценка технологичности конструкции.
Деталь
«Корпус» имеет рациональную форму с
поверхностями легко доступными для
обработки, что позволяет свободно
осуществлять подвод и отвод инструмента
из зоны резания. Простановка размеров
и конфигурация детали не вызывает
трудности при обработке на предварительно
настроенном станке. Исключение составляет
торцовая канавка, для обработки которой
требуется специальный режущий инструмент.
Жесткость детали достаточная (L Вывод:
Деталь корпус достаточно технологична,
допускает применение высокопроизводительных
режимов обработки, имеет оптимальные
базовые поверхности и довольно проста
по конструкции, что позволяет снизить
трудоемкость и себестоимость ее
изготовления. В современном машиностроении существует большое разно-образие кинематических схем редукторов, их форм и конструкций. Редукторы делятся на цилиндриче-ские
(оси ведущего и ведомого валов параллельны), конические
(оси валов пересекаются), червячные
(оси валов перекрещиваются в пространстве). Встречаются и комбинированные редукторы, представляющие сочетание зубчатых (цилиндрических и кониче-ских) и червячных передач. По числу пар передач редукторы делятся на одноступенчатые и многоступенчатые.
Обширный класс машин составляют производственные машины, которые преобразуют механическую работу, получаемую от дви-гателя, в работу, связанную с выполнением определенных техно-логических процессов. К ним, в частности, относятся машины по обработке металлов, древесины, почвы и др. В производственных машинах необходим большой вращающий момент при угловой скорости, меньшей, чем у двигателя. Слово «редуктор» корнями уходит в латинский язык и обозначает механизм который имеет в наши дни широчайшее применение практически во всех сферах деятельности современного человека. Дословно в переводе с латыни «редуктор» - это механизм отводящий назад приводящий обратно. На современном же техническом языке «редуктор» - это механизм входящий в приводы машин и служащий для снижения угловых скоростей ведомого вала с целью повышения крутящего момента. Ежедневно в мире работают сотни миллионов редукторов. Иногда необходимо получить различные угловые скорости выходного вала. Для этого в корпусе размещают несколько пар зубчатых колес с различными передаточными числами и специальный механизм переключения, который может включать по мере надобности ту или иную пару зубчатых колес. Такие передаточные механизмы называют коробками передач. Кинематическая схема привода может содержать, кроме самого редуктора, открытые червячные и зубчатые передачи, цепные или ременные передачи. Указанные устройства являются наиболее распространенной тематикой курсового проектирования. Устройства для повышения крутящего момента, исполненные в виде отдельных агрегатов, называют ускорителями или мультипликаторами. Редуктор как правило состоит из корпуса (чугунного, стального или алюминиевого), в котором помещены: валы зубчатые или червячные колеса, подшипники и другое. В некоторых случаях в корпусе редуктора помещены механизмы для смазывания зацеплений и подшипников, а также механизмы для охлаждения. Размещение опор валов редуктора в одном общем жестком корпусе обеспечивает постоянство относительного расположения осей валов, а это позволяет применять широкие колеса с малым модулем. Применение малых модулей, в свою очередь, приводит к увеличению точности и уменьшению шума при работе передачи, к снижению стоимости ее изготовления. Обильное смазывание способствует малому износу и повышает КПД редукторной пере-дачи. Наличие корпуса обеспечивает безопасность работы редук-торов. Этими достоинствами редукторов объясняется их вытесне-ние ими открытых передач. Редуктор разрабатывают для привода определенного оборудования или по заданной нагрузке (моменту на выходном валу) и передаточному числу. Второй вариант свойственен для специализированных заводов, на которых образовано серийное производство редукторов. Планетарные и волновые редукторы позволяют создавать большие передаточные числа при малых габаритах. Редукторы могут быть: Смазка редукторов:
Смазка зубчатых (червячных) зацеплений и подшипников умень-шает потери мощности на трение, износ и нагрев деталей редук-тора. В редукторах с небольшими мощностью и скоростью зацепле-ния смазываются из масляной ванны окунанием или разбрызгива-нием. С этой целью зубчатое (червячное) колесо, червяк или вспо-могательная деталь (разбрызгивающее кольцо) частично погру-жают в масло, заливаемое в корпус редуктора. Редукторы большой мощности и быстроходные смазывают путем подачи масла насосом из ванны в зону зацепления. Подшипники смазывают разбрызгиванием жидкого масла из общей масляной ванны или густыми (консистентными) смазками, периодически закладываемыми в пространство подшипникового узла, защищен-ное от ванны редуктора и внешней среды уплотнениями. Зацепления:
Если профиль зуба выполнен по эвольвенте окружности, такая передача называется - эвольвентной. С помощью эвольвентного зацепления можно сохранять при движении постоянное передаточное отношение, данный вид зацепления является зубчатым. При этом закалены и подвергнуты финишной обработке зубья колес. Эвольвентное зацепление при нагрузке передач имеет небольшой радиус кривизны и соответственно достаточно низкое контактное напряжение. Когда профиль зуба выполнен только по окружности применяют зацепление Новикова, которое используют для передачи больших усилий с помощью зубчатых механизмов. Главным недостатками передач с зацеплением Новикова являются следующие: Вторую проблему, возможно, решить, нарезая колесо и шестерню с помощью одной червячной фрезы, таким образом, чтобы контактирующие стороны зубьев колеса и шестерни нарезались одной и той же стороной зуба этой же червячной фрезы. Соединения:
Шпонкой
называют стальной стержень, вводимый между валом и посаженной на него деталью - зубчатым колесом, шкивом, муфтой - для взаимного соединения и передачи вращающего момента от вала к детали или от детали к валу. Шпонки делятся на две основные группы: клиновые
(с уклоном), дающие напряженные соединения призматические
(без уклонов), при применении которых полу-чаются ненапряженные соединения. Напряженными
называют соединения, в деталях которых возни-кают напряжения в процессе монтажа, т. е. до приложения внеш-них сил. По форме торцов различают клиновые шпонки с головкой,
и без головки.
Головка используется для выбивания шпонки при разборке с помощью клина. На вращающемся валу во избежание несчастных случаев головка шпонки должна быть закрыта. У кли-новых шпонок рабочими являются широкие грани; по боковым граням имеется зазор. Основной недостаток соединения деталей при помощи клино-вых шпонок - наличие радиального смещения оси насаживаемой детали по отношению к оси вала, что вызывает дополнительное биение, Поэтому они применяются сравнительно редко - в основ-ном в тихоходных передачах. Призматические шпонки не имеют уклона. Их закладывают в паз на валу.
Такие шпонки не удерживают деталь от осевого смещения по валу; с этой целью используют заплечики на валу, установочные кольца, стопорные винты и т. п. Призма-тические шпонки применяют в неподвижных и подвижных шпо-ночных соединениях. В последнем случае шпонку крепят к валу винтами;
такая шпонка называется направляющей
.
По форме торцов различают призматические шпонки со скруглен-ными и плоскими торцами. Кроме перечисленных широкое распространение имеют шпонки сегментные, тангенциальные
и специальной конструкции.
Эти шпонки удобны при сборке и разборке, просты в изготовлении, но применимы при сравнительно небольших вращающих моментах. В отличие от клиновых, у приз-матических шпонок рабочими являются узкие грани. Размеры шпонок должны обеспечивать передачу определенного вращающего момента. Размеры вала также зависят от передавае-мого момента, поэтому размеры сечения шпонок и диаметров валов должны быть увязаны. Клиновые врезные, призматические и сегментные шпонки стандартизованы. Канавки для шпонок вызывают существенное ослабление валов, так как создают значительную концентрацию напряжений. Для снижения концентрации напряжений, а также для лучшего цен-трирования деталей на валу и уменьшения напряжений смятия в шпоночном соединении (что особенно важно для подвижных соединений) применяют шлицевое (или зубчатое) соединение дета-лей с валом. Этот вид соединений получил в последнее время большое распространение. Зубчатые соединения образуются выступами на валу и соответ-ствующими впадинами насаживаемой детали. Вал и деталь с от-верстием обрабатывают так, чтобы боковые поверхности шлицев или участки цилиндрических поверхностей (по внутреннему или наружному диаметру шлицев) плотно прилегали друг к другу. Соответственно различают шлицевые соединения с центрирова-нием по внутреннему или наружному диаметру или по боковым поверхностям. Между цилиндрическими поверхностями, не явля-ющимися центрирующими, оставляют зазор. В зависимости от формы выступов и впадин различают: прямобочное соединение по ГОСТ 1139-80* (СТ СЭВ 188-75) с центри-рованием по наружному или внутреннему диаметру, а также по боковым поверхностям с четырьмя, шестью, восемью или десятью шлицами, треугольное и эвольвентное шлицевые соединения, при последнем боковые поверхности шлицев очерчены по эвольвенте. Конструирование корпусов редукторов:
В корпусе редуктора размещаются детали зубчатых и червячных передач. При его конструировании должны быть обеспечены прочность и жесткость, исключающие перекосы валов. Для повышения жесткости служат ребра, располагаемые у приливов под подшипники. Корпус обычно выполняют разъемным, состоящим из снования и крышки. В вертикальных цилиндрических редукторах разъемы делают по двум даже по трем плоскостям. При конструировании червячных и легких зубчатых редукторов иногда применяют неразъемные корпуса со съемными крышками. Материал корпуса обычно чугун СЧ 10 или СЧ 15. Сварные конструкции из листовой стали Ст 2 и Ст 3 применяют редко, главным образом для крупногабаритных редукторов индивидуального изготовления. Толщина стенок сварных редукторов на 20-30 % меньше, чем чугунных. Для предотвращения протекания масла плоскости разъема смазывают герметиком. Ставить прокладку между основанием и крышкой нельзя, так как при затяжке болтов она деформируется, и посадка подшипников нарушается. Для захватывания редукторов при подъеме делают под фланцем основания приливы в виде крюков. Для снятия крышки делают крюки или петли на ней. Для заливки масла и осмотра в крышке корпуса имеется окно, закрываемое крышкой. Для удаления загрязненного масла и для промывки редуктора в нижней части корпуса делают отверстие под пробку с цилиндрической и конической резьбой. Под цилиндрическую пробку ставят уплотняющую прокладку из кожи, маслостойкой резины, алюминия или меди. Надежнее уплотняет коническая резьба. Маслоспускное отверстие выполняют на уровне днища или несколько ниже его. Желательно, чтобы днище имело наклон 1-2 ° в сторону маслоспускного отверстия. Для облегчения отделения крышки от основания корпуса при разборке на поясе крышки устанавливают два отжимных болта. Подшипники закрывают крышками глухими и сквозными, через которые проходят концы валов. По конструкции различают крышки врезные и на винтах; материалом служит обычно чугунное литье СЧ 10 или СЧ 15. Редуктор и электродвигатель обычно устанавливают на литой плите или на сварной раме. При конструировании корпусов редукторов в некоторых случаях стремятся к устранению выступающих элементов с наружных поверхностей. Бобышки подшипниковых гнезд убирают внутрь корпуса; крепежные болты размещают в нишах, располагая их вдоль длинных сторон. Крышки подшипниковых гнезд врезные.