методичка

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Сибирский государственный индустриальный университет

Кафедра теории механизмов и машин и основ конструирования

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ОДНОСТУПЕНЧАТОГО РЕДУКТОРА

Методические указания к выполнению расчетно-графической работы по дисциплине «Детали машин и механизмов».

Специальность 270109 – Теплогазоснабжение и вентиляция

Новокузнецк

2007

УДК 621.883.1 П 79

Рецензент Доктор технических наук, профессор СибГИУ

Живаго Э.Я.

П 79 Проектирование цилиндрического одноступенчатого редуктора: Метод. указ. / Сост.: И.А. Жуков; СибГИУ. – Новокуз-

нецк, 2007. – 33 с.

Изложена методика кинематического расчета привода, выбора электродвигателя, расчета цилиндрической зубчатой передачи, проектного расчета валов; приводится необходимый справочный материал.

Предназначены для студентов специальности 270109 – Теплогазоснабжение и вентиляция

2

	Содержание
Предисловие..............................................................................................		4
Введение....................................................................................................		5
1 Кинематический расчет привода и выбор электродвигателя ............		8
1.1	Определение потребной мощности привода................................	8
1.2	Определение коэффициента полезного действия........................	8
1.3	Определение частоты вращения приводного вала ......................	8
1.4	Выбор предварительного общего передаточного числа
	привода...........................................................................................	9
1.5	Определение требуемой частоты вращения двигателя...............	9
1.6	Выбор электродвигателя..............................................................	10
1.7	Уточнение общего передаточного числа привода и его
	распределение между типами передач привода.......................	10
1.8	Определение частот вращения валов привода...........................	11
1.9	Определение крутящих моментов на валах привода.................	11
2 Расчет цилиндрической зубчатой передачи......................................		12
2.1	Выбор материалов и термической обработки............................	12
2.2	Определение допускаемых напряжений.....................................	13
2.3	Определение межосевого расстояния.........................................	13
2.4	Расчет предварительных основных размеров колеса................	14
2.5	Расчет и выбор по стандарту модуля передачи.........................	14
2.6	Определение суммарного числа зубьев и угла наклона............	15
2.7	Определение числа зубьев шестерни и колеса...........................	15
2.8	Определение фактического передаточного числа.....................	15
2.9	Определение геометрических размеров колес...........................	16
3 Проектный расчет валов цилиндрической зубчатой передачи........		17
3.1	Выбор материалов........................................................................	17
3.2	Определение диаметров ведущего вала и подбор
	подшипников ...............................................................................	17
3.3	Определение диаметров ведомого вала и подбор
	подшипников ...............................................................................	19
4 Выбор шпонок......................................................................................		20
5 Эскизный проект зубчатого зацепления редуктора..........................		21
Список рекомендуемой литературы......................................................		22
Приложения.............................................................................................		24

3

Предисловие

Расчетно-графическая работа (РГР) по дисциплине «Детали машин и механизмов» включает в себя:

–титульный лист;

–задание на выполнение РГР;

–содержание;

–введение;

–основную часть (расчеты, схемы, таблицы, рисунки, пояснения);

–эскиз.

РГР выполняется на листах бумаги формата А4 (210х297) с одной стороны листа рукописным или машинописным (№14) шрифтом. Поля: сверху и снизу – 20мм, слева – 25мм, справа – 15мм. Разделы пояснительной записки (кроме введения) должны иметь порядковые номера – 1, 2, 3 и т.д.; подразделы должны иметь нумерацию в пределах каждого раздела – 2.1, 2.2, 2.3 и т.д. Нумерация страниц должна быть сквозная, начиная с титульного листа, на котором номер не ставится.

Титульный лист (приложение А) является первой страницей РГР, заполняется рукописным или машинописным шрифтом по ГОСТ 2.304-81 и после выполнения работы подписывается студентом и преподавателем. Задание на РГР располагается после титульного листа. Содержание – часть РГР, в которой проставляются номера и наименования разделов и подразделов с указанием номеров страниц, на которых располагается начало текста разделов.

Введение должно содержать краткую характеристику проектируемого механизма. Необходимо описать конструктивные особенности, дать сравнительную оценку проектируемого редуктора с другими подобными механизмами, отметить условия работы, особенности в обслуживании, достоинства и недостатки, а также рекомендации по применению проектируемого механизма.

В тексте должны применяться научно-технические термины, обозначения и определения, установленные стандартами или общепринятые в технической литературе. В РГР следует применять стандартизированные единицы физических величин. Формулы, рисунки и таблицы имеют сквозную нумерацию. Формулы записываются на уровне формулы справа в круглых скобках. Рисунки в РГР располагаются непосредственно после текста, в котором они упоминаются.

4

Рисунки имеют наименование, которое располагается снизу рисунка после его номера. Таблицы имеют наименование, которое располагается сверху таблицы после ее номера.

Введение

Редуктор – механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи мощности от двигателя к рабочей машине. Назначение редуктора – понижение угловой скорости и повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим. Механизмы для повышения угловой скорости, выполненные в виде отдельных агрегатов, называют ускорителями или мультипликаторами.

Редуктор состоит из корпуса (литого чугунного или сварного стального), в который помещают элементы передачи – зубчатые колёса, валы, подшипники и т.д. В отдельных случаях в корпусе редуктора размещают также устройства для смазки зацеплений и подшипников (например, внутри корпуса редуктора может быть помещён шестерёнчатый масляный насос) или устройства для охлаждения (например, змеевик с охлаждающей водой в корпусе червячного редуктора).

Редуктор проектируют либо для привода определённой машины, либо по заданной нагрузке и передаточному числу без указания конкретного назначения. Второй случай характерен для специализированных заводов, на которых организовано серийное производство редукторов.

Редукторы классифицируют по следующим основным признакам: тип передачи (зубчатые, червячные, цепные, ремённые и т.д.); число ступеней (одноступенчатые, двухступенчатые и т.д.); тип зубчатых колёс (цилиндрические, конические, коническоцилиндрические и т.д.); относительное расположение валов редуктора в пространстве (горизонтальные, вертикальные).

Редукторы бывают:

– одноступенчатые цилиндрические: корпуса чаще выполняют литыми чугунными, валы монтируют на подшипниках качения или скольжения;

5

– одноступенчатые конические: применяются для передачи движения между валами, оси которых пересекаются, межосевой угол обычно равен 90°;

–двухступенчатые цилиндрические: отличаются простотой, но из-за несимметричного расположения колёс на валах повышается концентрация нагрузки по длине зуба, в этих редукторах следует применять жёсткие валы;

–червячные: применяют для передачи движения между валами, оси которых перекрещиваются.

Редукторы широко применяют в различных областях машиностроения, особенно в подъёмно-транспортном, металлургическом, химическом машиностроении, судостроении и т.д.

При выполнении данной РГР разрабатывается механизм – редуктор цилиндрический одноступенчатый (рисунок 1). По типу передаваемой нагрузки – зацепление. По типу зацепления – зубчатое эвольвентное. По направлению зубьев – прямозубое, косозубое или шевронное. По принципу движения валов – простой механизм, в котором вал вращается вокруг своей оси. По конструктивному исполнению – закрытый механизм, который имеет общий жёсткий и герметичный корпус. По количеству ступеней – одноступенчатый.

В корпус редуктора заливают масло так, чтобы венцы колёс были в него погружены. При их вращении масло увлекается зубьями, разбрызгивается, попадает на внутренние стенки корпуса, оттуда стекает в нижнюю его часть. Внутри корпуса образуется взвесь частиц масла в воздухе, которые покрывают поверхность расположенных внутри корпуса деталей. Применяется картерная смазка. Для наблюдения за уровнем масла в корпусе устанавливают жезловый маслоуказатель (щуп). Подшипники смазывают тем же маслом, что и детали передач. При картерной смазке колёс подшипники качения смазываются брызгами масла. Во избежание излишнего полива маслом подшипники защищают маслозащитными кольцами. Для осмотра зубьев зацепления и залива масла при сборке в крышке предусматривается смотровое окно, закрываемое крышкой.

6

Рисунок 1 – Одноступенчатый цилиндрический зубчатый редуктор

7

1 Кинематический расчет привода и выбор электродвигателя

Подбор электродвигателя, кинематические расчеты и определение вращающих моментов на валах зависят от исходных данных, приведенных в задании на РГР. В исходных данных задана окружная сила Ft (кН) на барабане и приведены значения скорости V (м/с) движения ленты и диаметра Dб (мм) барабана.

1.1 Определение потребной мощности привода

По исходным данным определяют потребную мощность приво-

да, т.е. мощность на выходе (кВт)
Pвых = Ft V ,	(1)

где Ft – тяговое усилие (кН);

V– скорость движения ленты (м/с).

1.2Определение коэффициента полезного действия

Коэффициент полезного действия (КПД) рассчитывается по формуле

η	общ	=η ηn η	3	η	4	,	(2)
		1 2

где η1– КПД, учитывающий потери в соединительной муфте; η2 – КПД, учитывающий потери в подшипниках;

n – количество пар подшипников;

η3 – КПД, учитывающий потери в цилиндрической зубча-

той передаче; η4 – КПД, учитывающий потери в клиноременной или цеп-

ной передаче.

Значения КПД отдельных элементов приведены в таблице 1. Рекомендуется выбирать средние значения из приведенных интервалов. Значение КПД ηобщ округляется до 3-х знаков после запятой.

1.3 Определение частоты вращения приводного вала

Частота вращения приводного вала определяется по формуле (об/мин):

8

nвых =	60 103V	,	(3)
	πDб
где Dб – диаметр барабана (мм).
Таблица 1 – Рекомендуемые значения КПД
Тип передачи, звена кинематической цепи			η
Зубчатая цилиндрическая			0,96…0,98
Ременная			0,94…0,96
Цепная			0,92…0,95
Муфта соединительная			0,98
Подшипники качения (одна пара)			0,99

1.4 Выбор предварительного общего передаточного числа привода

Общее передаточное число определяется как произведение передаточных чисел отдельных элементов кинематической цепи:

uобщ =u1 u2

(4)

где u1 – передаточное отношение редуктора;

u2 – передаточное отношение ременной или цепной передачи.

Значения передаточных чисел отдельных элементов кинематической цепи выбираются из таблицы 2.

Таблица 2 – Рекомендуемые значения передаточных чисел передач

Вид передачи	Передаточное число u
Зубчатая цилиндрическая	2,5…5,6
Ременная	2…3
Цепная	1,5…3

1.5 Определение требуемой частоты вращения двигателя

Требуемая частота вращения электродвигателя определяется по формуле (об/мин):

nпот.эл = nвых uобщ ,	(5)
значение nвых (об/мин) берется из п.1.3, а значение uобщ	из п.1.4.

9

1.6 Выбор электродвигателя

Требуемая мощность электродвигателя определяется по формуле (кВт):

	P	=		Рвых	,	(6)
			η
	пот.эл
				общ

значение Рвых (кВт) берется из п.1.1, а значение ηобщ из п.1.2.

Затем по приложению Б выбирается электродвигатель ближайшей большей мощности, т.е. при условии Рэл > Pпот.эл , и с частотой вращения nэл , значение которой попадает в интервал значений nпот.эл.

Рекомендуется выбирать двигатель с меньшей частотой вращения вала. В РГР необходимо указать марку и характеристики выбранного двигателя.

1.7 Уточнение общего передаточного числа привода и его распределение между типами передач привода

Далее общее передаточное число необходимо уточнить в соответствии с выбранным электродвигателем. Значение uобщ округляется

до 3-х знаков после запятой.

uобщ =	nэл	.	(7)
	nвых

Полученное общее передаточное число распределяют между типами передач: u1 зубчатой и u2 ременной или цепной. При этом пе-

редаточное число u1 одноступенчатого редуктора должно иметь стандартное значение (ГОСТ 21426-75, таблица 3).

Таблица 3 – Стандартные значения передаточных чисел

	u1	1-й ряд	2,0	2,5	3,15	4,0	5,0
		2-й ряд	2,24	2,8	3,55	4,5	5,6

А передаточное число u2 ременной или цепной передачи долж-

но соответствовать значениям, приведенным в таблице 2, и вычисляться по формуле

	u2 =	uобщ	.	(8)
		u1

10