Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Оренбургский государственный университет»
Кафедра деталей машин и прикладной механики
Ю.А. ЧИРКОВ, Р.Н. УЗЯКОВ, Н.Ф. ВАСИЛЬЕВ
ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ, РЕГУЛИРОВКА И ОЦЕНКА НАГРУЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО
ДВУХСТУПЕНЧАТОГО РЕДУКТОРА
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №2
Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Оренбургский государственный университет»
Оренбург 2003
ББК 34.445.72с
Ч 65
УДК 621.83.05(075.8)
Рецензент
кандидат технических наук, доцент В.Г. Ставишенко.
Чирков Ю.А., Узяков Р.Н., Васильев Н.Ф.
Ч 65 Изучение конструкции, регулировка и оценка нагрузочной способности цилиндрического двухступенчатого зубчатого редуктора: Методические указания к лабораторной работе №2. - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2003- 31 с.
Методические указания предназначены в помощь для практического изучения конструкции цилиндрических редукторов, содержат краткое описание основных геометрических зависимостей цилиндрических зубчатых передач, порядок разборки и сборки, определение параметров зубчатого зацепления и оценку нагрузочной способности редуктора при выполнении лабораторной работы по курсам: «Детали машин», «Основы конструирования машин», «Прикладная механика», «Механика», «Техническая механика» для студентов технических специальностей.
ББК 34.445
Чирков Ю.А., 2003
Узяков Р.Н., 2003
Васильев Н.Ф., 2003
ГОУ ОГУ, 2003
Содержание
стр.
Введение
Методические указания предназначены в помощь для практического изучения конструкции цилиндрических редукторов, содержат краткое описание основных кинематических и геометрических зависимостей цилиндрических зубчатых передач, порядок разборки и сборки, определение параметров зубчатого зацепления и оценку нагрузочной способности редуктора при выполнении лабораторной работы по курсу: «Детали машин», «Основы конструирования машин», «Прикладная механика», «Механика», «Техническая механика» для студентов технических специальностей.
Выполнение лабораторной работы способствует закреплению теоретических знаний и позволяет наглядно изучить узлы, применяемые в курсовых проектах и работах.
Нагрузочной способностью редуктора является допускаемый момент на тихоходном валу, определяемый контактной прочностью зубьев, и мощность на этом валу, зависящая от частоты вращения и допускаемого момента.
В методических указаниях принята единая система физических единиц (СИ) со следующими отклонениями, допущенными в международных и межгосударственных стандартах на расчеты деталей машин: размеры деталей передач выражаются в миллиметрах (мм), силы в ньютонах (Н), и соответственно напряжения в ньютонах, деленных на миллиметры в квадрате (Н/мм2), т.е. мегапаскалях (МПа), а моменты в ньютонах, умноженных на миллиметр (Н·мм). У отдельных групп формул даны соответствующие примечания.
После выполнения лабораторной работы рекомендуется пройти тест на ЭВМ, вызвав необходимую программу указав G:\КОР\KONTROL\start.exe. В процессе ответов на контрольные вопросы дополнительно систематизируется материал и закрепляются знания.
Работа выполняется в течение 4-х часов. Для выполнения работы необходимы: редуктор зубчатый цилиндрический двухступенчатый, ключи гаечные рожковые, отвёртка, штангенциркуль с диапазоном 0-250 мм, транспортир, линейка, карандаш, мел, микрокалькулятор.
В процессе подготовки студент должен изучить разделы курса, касающиеся выполнения данной работы, по рекомендованным учебникам, а также по конспектам лекций.
Пользуясь настоящим методическим пособием, студент должен:
а) указать цель работы;
б) начертить кинематическую схему изучаемого редуктора;
в) выполнить эскизы зубчатого колеса, подшипникового узла, элементов корпуса с указанием замеряемых размеров;
г) составить и заполнить таблицу характеристики зацепления.
Для привода рабочих органов различных механизмов и машин требуются значительные вращающие моменты при низкой угловой скорости, например барабан лебедки подъемного крана, колесо автомобиля или трактора, ведущая звездочка цепного конвейера и т.д. и т.п. А электродвигатели и двигатели внутреннего сгорания имеют наоборот небольшие вращающие моменты при значительной угловой скорости. Для согласования параметров движения между двигателем и рабочим органом используются различные механические передачи.
Редуктором называется механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины, с понижением угловой скорости и соответственно повышением вращающего момента.
Механизм для повышения угловой скорости, выполненный в виде отдельного агрегата, называют ускорителем или мультипликатором.
Редуктор это «рычаг Архимеда» для вращательного движения – выигрываем во вращающем моменте, а проигрываем в угловой скорости.
Установка передачи в отдельном корпусе гарантирует точность сборки, лучшую смазку, более высокий КПД, меньший износ, защиту от попадания в нее пыли и грязи, а также удобство компоновки приводов.
Редукторы имеют широкое применение, особенно в подъемно-транспортном, металлургическом, химическом машиностроении, в судостроении и т. д. Соединение редуктора с двигателем и рабочей машиной осуществляют с помощью муфт или открытых передач: ременных, цепных или зубчатых.
Широко применяют мотор-редукторы, представляющие собой объединенные в одно целое фланцевый электродвигатель и редуктор.
Основные параметры редукторов, регламентируемые стандартом:
1-ый ряд: 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5
2-ой ряд: 1,12; 1,4; 1,8; 2,24; 2,8; 3,55; 4,5; 5,6; 7,1; 9; 11,2;
1-ый ряд: 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500,
2-ой ряд: 71; 90; 112; 140; 180; 224; 280; 355; 450; 560; 710; 900; 1120; 1400; 1800; 2240;
1-ый ряд: 1; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25
2-ой ряд: 1,125; 1,375; 1,75; 2,25; 2,75; 3,5; 4,5; 5,5; 7; 9; 11; 14; 18;
Редукторы классифицируют по типам, типоразмерам и исполнениям.
Тип редуктора определяют по виду применяемых передач и порядку их размещения от быстроходного вала к тихоходному: Ц – цилиндрический, К – конический, КЦ – коническо-цилиндрический, Ч – червячный, ЧЦ - червячно-цилиндрический, ЦЧ – цилиндрическо-червячный и т. д. По числу ступеней передач различают редукторы: одноступенчатые, двухступенчатые, трехступенчатые, например: Ч2 – червячный двухступенчатый, Ц3 – цилиндрический трехступенчатый.
Типоразмер редуктора определяет тип и главный размер (параметр) тихоходной ступени. Для цилиндрических и червячных передач главным параметром является межосевое расстояние – аω, конических – внешний делительный диаметр колеса – de2 в миллиметрах.
Передаточное число редуктора – u проставляется после типоразмера через тире, например: КЦ2-180-56 коническо-цилиндрический трехступенчатый редуктор с двумя цилиндрическими передачами, с межосевым расстоянием тихоходной ступени – аω = 180 мм и передаточным числом – u = 56; Ч-80-40 червячный одноступенчатый, с межосевым расстоянием – аω= 80 мм и передаточным числом – u = 40.
Основными внешними характеристиками редукторов являются: номинальный (допускаемый) крутящий момент на тихоходном валу; номинальная (допускаемая) радиальная (консольная) нагрузка на тихоходном (быстроходном) валу; номинальное передаточное число.
ГОСТ 16168 определяет основные параметры редукторов общемашиностроительного назначения с моментом на тихоходном валу от 31,5 до 125000 Н·м.
Цилиндрические редукторы состоят из цилиндрических зубчатых передач. Благодаря своей долговечности, широкому диапазону передаваемых вращающих моментов и передаточных чисел, высокому КПД, простоте изготовления и обслуживания они являются самыми распространенными в машиностроении.
Одноступенчатые редукторы типа Ц (рисунок 1) применяют при передаточных числах u 6,3. Зацепление в большинстве случаев косозубое.
Двухступенчатые редукторы типа Ц2 выполняют по следующим схемам: развернутой (рисунок 2а), раздвоенной (рисунок 2б) и соосной (рисунок 2в). Диапазон передаточных чисел u от 6,3 до 50.
Наиболее распространены цилиндрические двухступенчатые горизонтальные редукторы типа Ц2 (рисунок 2а), выполненные по развернутой схеме. Они конструктивно просты, технологичны, имеют малую ширину. Недостатком этих редукторов является неравномерность распределения нагрузки по длине зуба из-за несимметричного расположения колес относительно опор.
Для улучшения условий работы зубчатых колес наиболее нагруженной тихоходной ступени применяют редукторы с раздвоенной быстроходной ступенью типа Ц2Ш (Ш – широкий редуктор) (рисунок 2б). Для равномерной нагрузки обеих зубчатых пар быстроходной ступени их выполняют косозубыми (зубчатое колесо одной пары делают – с правым, другой - с левым зубом), а один из валов делают «плавающим», что обеспечивает самоустановку вала в осевом направлении. Тихоходную ступень обычно делают прямозубой или шевронной. Такие редукторы легче редукторов по развернутой схеме на 20%.
Рисунок 1 – Кинематическая схема одноступенчатого
цилиндрического редуктора
Соосные редукторы типа Ц2С (С – соосный) (рисунок 2в) имеют ограниченное применение. Их используют в тех случаях, когда совпадение геометрических осей входного и выходного валов удобно при общей компоновке привода. Эта схема позволяет получить меньшие габариты по длине; это ее основное преимущество. Недостатками этой схемы является: недогруженость быстроходной ступени, большие габариты в направлении осей валов, сложность конструкции корпуса.
а)
б)
в)
Рисунок 2 - Кинематические схемы цилиндрических редукторов
Конструктивное оформление цилиндрических зубчатых редукторов показано на рисунках 3, 4 и 5.
|
1 – основание корпуса; 2 – крышка корпуса; 3 – болты стяжные; 4 – гайки крепёжные; 5 – штифты конические; 6 – смотровая крышка; 7 – отдушина; 8 – быстроходный (ведущий) вал; 9 – промежуточный вал; 10 – тихоходный (ведомый) вал; 11 – подшипники качения; 12 – крышка подшипника глухая; 13 – крышка подшипника сквозная; 14 – игла масломерная (маслоуказатель); |
15 – пробка для слива масла; 16 – уплотнение вала; 17 – зубчатое колесо для смазки быстроходной ступени; 18 – шпонка призматическая; 19 – винт отжимной; 20 – проушины грузовые; 21 – нижний пояс основания редуктора с отверстиями для фундаментных болтов; 22 – винт крепежный; z1-z2 – быстроходная косозубая зубчатая пара; z3-z4 – тихоходная косозубая зубчатая пара. |
Корпус редуктора с целью облегчения сборки изготовлен в виде разъёмной (по осям валов передач) коробки. Он состоит из нижней части 1, называемой основанием, и верхней 2 – крышки. Разъём корпуса выполнен горизонтальным. Корпус и крышка соединяются болтами 3, поставленными с зазором в отверстия специальных фланцев и гайками 4 (возможно соединение винтами и шпильками с гайками). Взаимное положение крышки и корпуса фиксируется коническими (реже цилиндрическими) штифтами 5. В верхней части крышки имеется смотровое окно (люк), через которое производится наблюдение за состоянием зубчатых колёс передачи, а также заливается масло. Люк закрывается крышкой 6, имеющей отдушину 7, предназначенную для выравнивания давления внутри корпуса по отношению к наружному. При отсутствии отдушины нагретый воздух при эксплуатации редуктора будет выдавливаться вместе с маслом (вследствие избыточного давления) через уплотнения и на корпусе образуются масляные подтёки, отдушина также необходима для полного слива масла из редуктора. Внутри корпуса размещены косозубые пары: быстроходная z1-z2 и тихоходная z3-z4. Каждая пара состоит из шестерни (меньшего зубчатого колеса) и колеса.
В изучаемом двухступенчатом редукторе имеется три вала, расположенных последовательно: быстроходный (ведущий) 8, промежуточный 9 и тихоходный (ведомый) 10. Плоскость разъёма корпуса проходит по осям валов. В опорах всех валов передач применены подшипники качения 11, расположенные в отверстиях приливов (бобышек) корпуса и крышки. Назначение опор – фиксировать и удерживать вращающиеся детали в нужном, для правильной работы механизма, взаимном положении.
Рисунок 4 - Конструкция корпуса двухступенчатого цилиндрического редуктора
Рисунок 5 – Конструкция редуктора выполненного по развернутой схеме Ц2.
При работе в зубчатом зацеплении возникает сила нормального давления Fn, которая для косозубого зацепления может быть задана тремя взаимно перпендикулярными составляющими: окружной Ft, радиальной Fr, осевой Fa силами (рисунок 6), а для прямозубого только Ft и Fr. Заметим, что на рисунке 6 показаны, кроме того, угловые скорости ведущего и ведомого валов (1 и 2) и вращающие моменты (T1 и T2) этих валов.
Силы, действующие на валы – передаются на корпус через подшипники качения. В рассматриваемом редукторе могут использоваться радиальные шарикоподшипники, либо роликоподшипники конические (последние воспринимают радиальную и значительную осевую нагрузку) (рисунок 3, 5). На торец кольца подшипника наносят маркировку в виде ряда цифр и букв. Заметим, что на маркировке две первые цифры справа обозначают внутренний диаметр d подшипника. Эти цифры, умноженные на 5, дают d (для подшипников с d=20…495 мм). Третья цифра справа обозначает серию подшипников. Особо лёгкая серия обозначается цифрой 1, лёгкая – 2, средняя – 3, тяжёлая – 4 и т.д. Четвёртая цифра справа указывает тип подшипника: 0 – радиальный шариковый однорядный, 1 – шариковый двухрядный сферический, 2 – с короткими цилиндрическими роликами, 3 – роликовый двухрядный со сферическими роликами и т.д. Пятая и шестая цифры справа обозначают отклонение конструкции подшипника от основного типа (например буртик или кольцевая проточка на наружном кольце). Седьмая цифра справа обозначает серию ширины подшипника. Цифры 2, 4, 5, 6, стоящие через тире впереди указывают его класс точности, в порядке её понижения. Приведённая упрощённая расшифровка маркировки подшипников является далеко не исчерпывающей, т.к. часть цифр обычно не проставляется, а слева и справа от условного обозначения подшипника могут располагаться дополнительные знаки, характеризующие изменение металла элементов подшипника, специальные технологические требования и т.д. Снаружи подшипники закрываются крышками накладными (рисунок 3 и 4), которые крепятся к корпусу винтами 22 или крышками закладными (врезными) (рисунок 4 и 5). Закладные крышки входят своими кольцевыми выступами в соответствующие канавки в отверстиях корпуса редуктора, что обеспечивает их осевую фиксацию. Крышки бывают глухими 12 и сквозными (с отверстиями для выхода вала) 13.
Корпус одновременно служит резервуаром для масла. Для контроля уровня масла предусмотрена масломерная игла 14, а для его слива – отверстие, закрываемое пробкой 15 с цилиндрической или конической резьбой. В редукторе применяется картерный способ смазки: смазка зубьев осуществляется окунанием зубчатого колеса тихоходной ступени и с помощью зубчатого колеса 17 для смазки быстроходной ступени (рисунок 4), смазка подшипников происходит за счет разбрызгивания масла зубчатыми колесами. Для защиты от загрязнения извне и предотвращения вытекания масла через зазоры между валами и сквозными крышками подшипниковые узлы снабжаются уплотнительными устройствами 16. В редукторах могут применяться: контактные манжетные (рисунок 7а), щелевые (рисунок 7б), лабиринтные (рисунок 7в) и другие типы уплотнений. Маслоотбойные кольца предусматриваются для подшипников, смазываемых консистентными мазями и для защиты подшипников изнутри от попадания продуктов износа, зубьев колес, а также избытков масла, например при расположении подшипника вблизи косозубой шестерни или червяка (рисунок 8).
Рисунок 8 – Конструкция подшипникового узла при использовании консистентной смазки
Резьбовые отверстия в основании корпуса (могут быть и в крышке) служат для отжимных болтов 19, с помощью которых разъединяется крышка и основание редуктора. Проушины 20 с отверстиями предназначены для подъёма и транспортировки крышки и редуктора в собранном виде с помощью строп и электротали, а отверстия в нижнем поясе 21 основания редуктора – для установки фундаментных болтов, закрепляющих редуктор на раме. Плоскость разъёма редуктора и кольцевые выступы закладных крышек с целью обеспечения герметичности покрывают тонким слоем пасты «герметик», бакелитового или шеллачного лака. Прокладку в плоскости разъёма не ставят, т.к. это приводит к искажению цилиндрической формы отверстий под подшипники. Внутренние и наружные поверхности редуктора, необработанные поверхности зубчатых колёс, крышек подшипников, маслоотбойные кольца окрашивают масло- и атмосферостойкой эмалью.
Каждая зубчатая пара, как уже отмечалось, состоит из шестерни и колеса. В редукторах шестерни обычно выполняются как одно целое с валом, а зубчатые колёса – насадными. В тех случаях, когда расстояние от впадины зуба шестерни до шпоночного паза шестерни оказывается больше чем 2,5 модуля шестерню выполняют насадной на вал. В лабораторной работе рассматривается вал-шестерня, т.е. вал и шестерня составляют одно целое. Передача вращающего момента от колеса к валу осуществляется с помощью призматической шпонки 18.
Межосевые расстояния аω, мм, для ограничения номенклатуры корпусных деталей редукторов, принимают из стандартных рядов (см. выше).
Основным геометрическим параметром, через который выражаются все размеры венцов зубчатых колёс, является модуль зацепления m. Это линейная величина в раз меньше шага зубьев P: . С другой стороны , где d – делительный диаметр колеса, z – число зубьев. Шаг это расстояние между одноименными поверхностями двух соседних зубьев, взятое по дуге делительной окружности. Шаг бывает нормальный Рn и окружной Pt, соответственно в нормальном и торцовом сечениях колес. Таким же образом различают модуль нормальный mn и окружной mt, (рисунок 10).
Величина «модуль» введена для того, чтобы исключить иррациональность (число ) в значениях диаметров колёс, межосевого расстояния и др. размеров. Так как для нарезания зубчатых колёс каждого модуля необходимо соответствующий инструмент, то нецелесообразно выбирать произвольное значение модуля. С целью сокращения номенклатуры режущего инструмента значения применяемых модулей ограничены стандартом ГОСТ 9563. Для косозубых цилиндрических колёс стандартными назначают нормальные модули (эти колёса нарезаются тем же самым инструментом, что и прямозубые). Выше приведены модули в наиболее употребительном диапазоне.
Основные геометрические зависимости цилиндрических передач (рисунок 9).
а) высота зуба h=2,25·m;
б) высота головки зуба hа= m;
в) высота ножки зуба hа=1,25·m;
г) радиальный зазор с=0,25·m.
Угол исходного контора зацепления =20о, равен углу зацепления.
Диаметры делительных окружностей, (мм):
Для прямозубых колес cos β=1, следовательно, d1=mn·z1, d2=mn·z2
Межосевое расстояние:
- для внешнего зацепления;
- для внутреннего зацепления.
Диаметры окружностей выступов (мм):
- для внутреннего зацепления.
Диаметры окружностей впадин (мм):
- для внутреннего зацепления.
Коэффициент ширины колеса по межосевому расстоянию:
, - используются стандартные значения (см. выше).
Ширина зубчатой шестерни (мм):
Коэффициент ширины колеса относительно диаметра шестерни:
На рисунке 10 даны эскизы конструкции вала-шестерни и зубчатого колеса с основным размерами. Валы обычно выполняют ступенчатыми, что удобно в изготовлении и при сборке; уступы валов фиксируют детали и могут воспринимать большие осевые силы. На эскизе вала-шестерни (рисунок 10) проставлены размеры: диаметры – делительный d1, вершин зубьев da1, впадин df1; ширина шестерни b1; угол наклона зубьев ; окружной делительный шаг Рt и нормальный шаг Рn; диаметр вала под подшипник dп и диаметр выходного участка вала dв.
Зубчатые колеса состоят из обода (1), несущего зубья; ступицы (3), насаживаемой на вал, и диска (2), соединяющего обод со ступицей. На эскизе зубчатого колеса (рисунок 10) проставлены размеры: диаметры – делительный d2, вершин зубьев da2, впадин df2; ширина обода b2и и толщина обода δоб; диаметр dст и длина Lст ступицы; диаметр отверстия d0 под вал (равный диаметру вала); толщина диска 0 и диаметр отверстия dотв в диске, которое располагается посередине между ступицей и ободом.
Возникающие в зацеплении силы определяются из величины передаваемого крутящего момента. Окружные силы, в ньютонах:
где - вращательный момент на шестерне или колесе, Н·мм;
- диаметр делительной окружности шестерни или колеса, мм;
η – КПД передачи.
Осевые силы в ньютонах:
Радиальные силы в ньютонах:
Силы нормального давления в ньютонах:
где , и - значение угла наклона зубьев.
Разборка редуктора (рисунки 3, 4 и 5) производится в следующей последовательности:
5.1.1 Отвинтить гайки 4 и вынуть болты 3.
5.1.2 С помощью отжимных винтов 19 разъединить крышку и корпус 1 (пункты 5.1.1 и 5.1.2 выполнять, если редуктор собран).
5.1.3 Снять крышку редуктора (отложить в сторону).
5.1.4 Измерить штангенциркулем размеры Б и В и соответствующие диаметры валов dB1, dB2, dB3 (рисунок 5), подсчитать межосевое расстояние.
(1)
5.1.5 Вынуть валы в сборке с колёсами, подшипниками и сквозными крышками подшипников. Подшипники и зубчатые колёса с валов не спрессовывать, наружные кольца конических подшипников не терять.
При разборке необходимо ознакомиться с его конструкцией, выяснить назначение деталей (в соответствии с приведённым выше описанием и рекомендованной литературой). Предлагаемые для изучения на занятиях редукторы могут конструктивно отличаться от описанного в данных указаниях. Одновременно с этим необходимо выполнить следующее:
5.2.1 Составить кинематическую схему изучаемого редуктора (см. примеры на рисунке 1, 2), с соблюдением условных обозначений по ГОСТ 2.701, на ней пронумеровать валы и зубчатые колёса и проставить размеры межосевых расстояний ступеней.
5.2.2 Сделать эскизы:
5.2.3 Визуальным осмотром определить состояние, характер и виды повреждений зубьев зубчатых колёс, элементов подшипников качения и шпоночных соединений. Сделать выводы по оценке условий и сроке эксплуатации изучаемого редуктора.
5.3.1 Межосевые расстояния обеих ступеней (п. 5.1.4) сравнить со стандартным значением по ГОСТ 2185 (стр. 6).
5.3.2 Подсчитать числа зубьев шестерни z1 и z3 – обеих ступеней.
5.3.3 Подсчитать числа зубьев зубчатых колёс быстроходной z2 и тихоходной z4 ступеней редуктора.
5.3.4 Вычислить передаточное число каждой ступени:
, . (4)
5.3.5 Подсчитать общее передаточное число редуктора:
(5)
5.3.6 Измерить ширину зубчатых колёс каждой ступени b2 и b4.
5.3.7 Определить коэффициент ширины колёс:
, . (6)
5.3.8 Вычислить делительные диаметры шестерен каждой ступени:
, . (7)
5.3.9 Подсчитать окружной модуль зацепления:
, . (8)
5.3.10 Измерить углы наклона зубьев по наружному цилиндру на колёсах обеих ступеней. Замеры производятся следующим образом: по листу чистой бумаги, наложенному на копировальную, прокатить без скольжения зубчатые колёса и по полученным отпечаткам замерить транспортиром острый угол между отпечатком вершин зубьев и перпендикуляром к боковой поверхности колеса. При отсутствии транспортира угол можно определить с помощью линейки и калькулятора.
5.3.11 Вычислить нормальный модуль для обеих ступеней (полученный результат уточнить по ГОСТ 9563):
,. (9)
5.3.12 Уточнить значение угла наклона зуба по формуле, (до тысячных):
, . (10)
5.3.13 Подсчитать окружной и нормальный шаг зацепления каждой ступени:
, . (11)
5.3.14 Измерить окружной шаг зацепления pt обеих ступеней и сравнить его с расчётным.
5.3.15 Измерить диаметр вершин зубьев шестерен da1, da3 обеих ступеней, затем вычислить по формуле:
, . (12)
Результаты измерений сравнить с расчетными значениями и оценить погрешность измерения в процентах. Значения занести в графу «Примечание» таблицы Б1 приложения Б.
5.3.16 Вычислить диаметры вершин зубьев колёс da2 и da4 по формуле:
, . (13)
5.3.17 Вычислить диаметры впадин зубьев колёс и шестерен обеих ступеней: . (14)
5.3.18 Результаты замеров и расчётов внести в таблицу 4 (приложение Б) сначала карандашом, а после проверки преподавателем – ручкой. Измерения параметров производить с точностью до 0,05 мм. Кроме того, необходимо обмерить колесо любой ступени с целью простановки размеров на его эскизе.
Основным критерием работоспособности закрытых зубчатых передач является контактная прочность активных поверхностей зубьев. Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев является основным видом разрушения зубьев для большинства закрытых передач. Оно возникает вследствие действия повторно-переменных контактных напряжений H. Поэтому основные размеры передачи определяют из расчёта по контактным напряжениям, а затем проверяют зубья по напряжениям изгиба.
Контактные напряжения поверхностей зубьев передач (получено из формулы Герца):
(15)
где a – межосевое расстояние, мм.
c – коэффициент, учитывающий механические свойства материала зубчатых колёс, форму сопряжённых зубьев в полюсе зацепления и суммарную длину контактных линий.
Для стальных колёс с углом зацепления равным 20о:
c=310 – для прямозубых передач;
c=270 – для косозубых передач.
T2 – момент вращающий на колесе, Н мм.
KH – коэффициент нагрузки (для предварительных расчётов можно принимать равным 1,1…1,4)
u – передаточное число ступени.
b2 – ширина венца колеса, мм.
Выражая в этой формуле величину b2 через aw с помощью коэффициента ширины зубчатого венца получим формулу для проектировочного расчёта:
(16)
где ba =0,125…0,25 для прямозубых передач, ba =0,315…0,4 для косозубых передач.
«+» – внешнее зацепление, «–» – внутреннее зацепление.
После проведённых замеров параметров исследуемого редуктора оцениваем нагрузочную способность каждой ступени редуктора при известном межосевом расстоянии aw и передаточном отношении u быстроходной и тихоходной ступеней для заданного преподавателем материала колес.
Номинальный крутящий момент на валу, обусловленный контактной прочностью зубьев колёс:
(17)
где [H] – допустимое контактное напряжение для материала колеса, как менее прочного: (18)
Для углеродистых и легированных сталей:
σОН =2·НВmin+70 при НВ≤350
σОН =17·НRCЭ+200 при (40…55)·HRCЭ (19)
где ОН – предел контактной выносливости;
КHL – коэффициент долговечности, KHL=1;
ZR – коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхностей зубьев на контактную прочность, ZR=0,9 - 1;
SH – коэффициент безопасности, SH=1,1…1,2;
HBmin – минимальная твёрдость по Бринеллю рабочей поверхности зубьев колёс (таблица 1), (например, для материала зубчатого колеса – сталь 45 ГОСТ 1050 после термообработки – улучшения HBmin=235).
Таблица 1 – Механические свойства сталей, применяемых для изготовления зубчатых колёс
|
Марка cтали* |
Размеры колёс, мм |
Твёрдость, НВ |
Н, МПа |
Термообработка |
||
|
Dпред |
Sпред |
Сердцевины |
Поверхности |
|||
|
45 |
125 80 |
80 50 |
235-262 269-302 |
235-262 269-302 |
540 650 |
Улучшение Улучшение |
|
40Х |
200 125 125 |
125 80 80 |
235-262 269-302 269-302 |
235-262 269-302 45-50 HRCЭ |
640 750 750 |
Улучшение Улучшение Улучшение и закалка ТВЧ |
|
40ХН 35ХМ |
315 200 200 |
200 125 125 |
235-262 269-302 269-302 |
235-262 269-302 48-53 HRCЭ |
630 750 750 |
Улучшение Улучшение Улучшение и закалка ТВЧ |
|
20Х 20ХНМ 18ГТ 12Х13А |
200 |
125 |
300-400 |
56-63 HRCЭ |
800 |
Улучшение Цементация и закалка |
* Материалы, термообработка колеса и шестерни задаются преподавателем.
Мощность на тихоходном валу редуктора определяется по формуле, Вт:
(20)
где Т3 – вращающий момент на выходном валу, определяется по формуле (17);
3 – угловая скорость этого же вала, рад/с:
где 1 – угловая скорость быстроходного вала редуктора, принимается 150 рад/с (1433 об/мин);
u – общее передаточное число редуктора.
Тогда окончательно: (21)
Результаты расчётов по формулам (15) и (20) внести в таблицу Б1 (приложение Б).
Сборка редуктора производится в последовательности, обратной разборке. После выполнения работы редуктор представить для проверки комплектности преподавателю.
6.23 Что такое редуктор, его назначение, в чем отличие от мультипликатора?
6.24 Классификация цилиндрических редукторов.
6.25 Что такое нагрузочная способность редуктора?
Приложение А
(обязательное)
Отчёт по лабораторной работе №2
Содержание бланка отчёта
Лабораторная работа №2
Изучение конструкции и оценка нагрузочной способности
цилиндрического зубчатого редуктора
студент
группа дата выполнения
проверил
а) колесо зубчатое (1/3 листа);
б) шестерня (1/3 листа);
в) подшипниковые узлы с уплотнением валов (1/2 листа);
г) отдельные элементы корпуса (по указанию преподавателя)
(1/2 листа).
Таблица Б1
|
№ п/п |
Параметры редуктора |
Обозначение и единица измерения |
Формула |
Значение параметров |
Примечание |
|
|
1 ступень |
2 ступень |
|||||
|
Параметры, полученные измерением: |
||||||
|
1 |
Межосевое расстояние (согласовать с ГОСТ) |
aωБ ( aωТ ), мм |
– |
|||
|
2 |
Число зубьев шестерни |
z1 ( z3 ) |
– |
|||
|
3 |
Число зубьев колеса |
z2 ( z4 ) |
– |
|||
|
4 |
Шаг зацепления окружной |
ptБ ( ptТ ), мм |
– |
|||
|
5 |
Шаг зацепления нормальный |
pnБ ( pnТ ), мм |
– |
|||
|
6 |
Диаметр вершин зубьев шестерни |
da1 ( da3 ), мм |
– |
|||
|
7 |
Диаметр вершин зубьев колеса |
da2 ( da4 ), мм |
– |
|||
|
8 |
Ширина колеса |
b2 ( b4 ), мм |
– |
|||
|
Параметры, полученные расчетом: |
||||||
|
9 |
Передаточное число ступени (согласовать с ГОСТ) |
uБ ( uТ ) |
u= Z2 / Z1 |
|||
|
10 |
Общее передаточное число редуктора |
u∑ |
u∑=uБ·uТ |
|||
|
14 |
Модуль нормальный (согласовать с ГОСТ) |
mnБ (mnТ ), мм |
mn = pn / π ; |
|||
|
13 |
Модуль окружной |
mtБ (mtТ ), мм |
mt = pt / π ; |
|||
|
12 |
Делительный диаметр шестерни |
d1 (d3 ), мм |
d1= mt · Z1 |
|||
|
11 |
Делительный диаметр колеса |
d2 (d4 ), мм |
d2 = mt · Z2 |
|||
|
15 |
Угол наклона зуба |
βБ ( βТ ), град |
β=arccos mn/mt |
|||
|
16 |
Коэффициент ширины колеса |
ψbaБ (ψbaТ) |
ψba= b/ aω |
|||
|
17 |
Крутящий момент на валу |
T2 ( Т3 ), Н·м |
||||
|
18 |
Мощность на тихоходном валу при скорости быстроходного вала редуктора ω=150 рад/с |
P3, кВт |
||||
|
19 |
Обозначение подшипников |
Работу выполнил ________________________________ Работу принял ________________________________