Цикл 3. Детали машин. Часть 3.
Тема 3.5. Зубчатые передачи
Лабораторная работа № 9.
Изучение конструкции цилиндрического зубчатого редуктора.
Цель работы – ознакомление с конструкцией редуктора и назначением его деталей; составление кинематической схемы реального редуктора; определение основных параметров зубчатых пар редуктора путем их замера и расчета.
Оснащение рабочего места:
Для выполнения данной работы необходимо иметь:
1. Цилиндрический одно – или двухступенчатый (предпочтиетельно стандартный) редуктор прямо – или косозубыми колесами;
2. Набор гаечных ключей;
3. Плоскозубцы
4. Штангенциркуль;
5. Штангензубомер;
6. Угломер универсальный;
7. Масштабная линейка;
8. Кронциркуль.
Место проведения работы: кабинет № 46.
1. Теоретическое обоснование.
Большинство современных машин создается по схеме двигатель – передача – рабочий орган машины. Все двигатели для уменьшения массы, габаритов и стоимости выполняют быстроходными с узким диапазоном регулирования скоростей. Непосредственное соединение двигателя с рабочим органом машины хотя и возможно, но применяется крайне редко (например, гидравлические насосы, вентиляторы). Как правило, между двигателем и рабочим органом машины устанавливают промежуточный механизм – передачу. Передачами называют механизмы, служащие для передачи механической энергии на расстояние. При этом функции передачи энергии, как правило, совмещают с решением следующих основных задач: согласование угловых скоростей рабочих органов машин и двигателей, которое обеспечивается путем преобразования угловой скорости ω и вращающего момента Мвр при постоянной мощности двигателя Р (рис 2) (двигатели имеют большие скорости, рабочие же органы машины для выполнения своих функций часто требуют больших моментов при относительно малых скоростях); регулирование и реверсирование скорости рабочего органа машины при постоянной угловой скорости двигателя; преобразование вращательного движения двигателя в поступательное, винтовое или другое движение. Наиболее распространены механические передачи вращательного движения, т.е. редукторы. Это связано с таким преимуществом вращательного движения, как возможность обеспечения его непрерывности и равномерности при малых потерях на трение. Кроме того, вращательное движение позволяет получить простую и надежную конструкцию передачи малых габаритов.
Кинематические и силовые соотношения в передачах.
Рис «а» Рис «б»
    z1
    Р1, М1, ω1,п1 ddd
     Ведущий вал
 v = v1+v2
  
Р2, М2, ω2,п2
    Ведомый вал
 z2
Редуктором называют зубчатый или зубчато – червячный передаточный механизм, выполненный в закрытом корпусе и предназначенный для понижения угловой скорости, а следовательно, для повышения вращающего момента.
Редукторы классифицируют:
по виду передачи – на цилиндрические с параллельными осями валов; конические с пересекающимися осями валов; червячные с пересекающимися осями валов; комбинированные коническо – цилиндрические; зубчато – червячные и др.;
по числу пар передач – на одноступенчатые цилиндрические с прямозубовыми колесами при u≤ 7, с косозубовыми или шевронными колесами при u≤ 10 и Р ≤ 50000кВт; одноступенчатые конические с прямыми, косыми и криволинейными зубьями при u≤ 5 (по ГОСТ 12289 – 76 итах = 6,3) и Р ≤ 100кВт; одноступенчатые червячные при и=8…80 и Р ≤ 50кВт; многоступенчатые (чаще двух – трехступенчатые), Для двухступенчатых цилиндрических редукторов u≤ 50, для трехступенчатых u≤ 50.
Общее передаточное число многоступенчатых передач равно произведению передаточных чисел отдельных ступеней: иобщ = и1*и2*и3 … ип .
Например, для трехступенчатой передач зубчатой передачи
иобщ = (z2/z1)(z4/z3)(z6/z5) = и1*и2*и3 .
тихоходную ступень цилинлрических двухступенчатых редукторов выполняют прямозубой и косозубой, а быстроходную – косозубой. При оптимальной разбивке общего передаточного числа между ступенями цилиндрического редуктора рекомендется передаточное число последующей тихоходной ступени принимают на 20 … 40% меньше, чем предыдущей быстроходной. Этим достигаются наименьшие масса и размеры колес всех ступеней редуктора; улучшаются условия смазки зацеплений и обеспечивается более полное заполнение колесами внутреннего объема корпуса редуктора.
Передача, состоящая только из ведущего и ведомого звеньев, называется одноступенчатой. Параметры одноступенчатой передачи, относящиеся к ведущему звену (вал с насаженными на него зубчатыми колесами, шкивами и т.п.), снабжают индексом 1, а к ведомому – 2.
Основные характеристики передач: мощность Р1 на ведущем и Р2 ведомом валах (кВт) и угловая скорость ω1 ведущего и ω2 ведомого валов (рад/сек). Эти характеристики минимально необходимы и достаточны для выполнения проектировочного расчета любой передачи.
Производные характеристики:
механический к.п.д. передачи η = Р2 / Р1 (отношение мощности на ведомом валу к мощности ведущего вала);
окружная скорость v = ω*r = ω*(d/2) , м/сек, где d – диаметр колеса, шкива и т.п. При отсутствии скольжения окружные скорости обоих звеньев равны, т.е. v1 = v2 .
передаточное число u, определяемое в направлении потока мощности
u = ω1/ω2 .
при v1 = v2 или ω1*d1/2 = ω2*d2/2 получим u = ω1/ω2 = d2/d1 .
Передачи для увеличения угловой скорости (u<1) называют мультипликаторами или ускорителями (сепараторы, центрифуги). Передачи для уменьшения угловой скорости рабочего органа (u>1) называют редукторами.
В зависимости от устройства передачи передаточное число может быть постоянным или изменяющимися – регулируемым в определенных пределах по ступеням (КПП автомобилей с зубчатыми колесами) или плавному бесступенчатому (вариаторы комбайнов со шкивами) закону.
Если одной парой зубчатых колес нельзя обеспечить требуемое передаточное число, то применяют ряд последовательно примененных одноступенчатых передач, так называемую многоступенчатую передачу. (см. Рис «в»). Ее общее передаточное число uобщ = u1*u2 … un , где u1, u2 , … un – передаточное число каждой ступени.
Окружная (тангенсиальная) сила передачи Ft = Р/v = Р/ωr = 2М1/d1 , где Р – передаваемая мощность (мощность на ведущем валу). На ведомом колесе направление силы Ft совпадает с направлением вращения, а на ведущем – противоположно ему.
Вращающий момент М = Р/ω = Ft*(d/2).
Вращающий момент на ведущем валу М1 = Р1 /ω1 – это момент движущих сил, и его направление совпадает с направлением вращения вала; момент на ведомом валу М2 = Р2 /ω2 – это момент сил сопротивления, поэтому его направление противоположно направлению вращения вала.
Зависимость между вращающими моментами на валах:
М           2 /М1 = (Р2 /Р1)*ω1 /ω2 = η*и, или М2 = М1*и*η.
Рис «в»
Z1
Ведущий вал Р1 , М1, ω1 , η1 .
Z2 z3
Промежуточный вал Р2 ,М2 , ω2 , η2 .
Ведомый вал Р3 , М3 , ω3 , η3 .
 Z4
Основные геометрические размеры зубчатой передачи.
1. Окружности, касающиеся друг друга в полюсе зацепления, имеющие общие с зубчатыми колесами центры и перекатывающиеся одна по другой без скольжения, называются начальными; их диаметры обозначают d1 и d2 или dw1 и dw2 . Начальные окружности являются сопряженными, т.е. это понятие относится паре колес, находящихся в зацеплении.
2. Делительная окружность (d) принадлежит отдельно взятому колесу и получается при его зацеплении со стандартной рейкой, т.е окружность на которой шаг зацепления ра равен шагу инструментальной рейки рn или pa = pn = πmn .
3. Окружность вершин зубьев – это окружность, ограничивающая высоту зубьев; ее диаметр обозначается da .
4. Окружность впадин зубьев – это окружность, ограничивающая глубину впадин; ее диаметр обозначают df .
5. Окружной шаг зубьев pt – это расстояние между одноименными профилями соседних зубьев по дуге делительной или любой другой концентрической окружности зубчатого колеса, pt = st+et , где st – окружная толщина зуба ,et – окружная ширина впадины.
Расстояние, измеренное по дуге делительной окружности между одноименными сторонами двух соседних зубьев колеса, называется шагом зацепления p=толщина зуба+ширина впадины.
При числе зубьев z на ободе колеса и шаге p длина делительной окружности d равна d=z*p, где р – шаг зубьев, тогда шаг зубьев можно вычислить из выражения р=d/z
С другой стороны эта длина равна π*d (d=z*p или d=πd); тогда z*p = πd, где d=z*(p/π).
6. Для удобства определения основных размеров зубчатых колес введен основной расчетный параметр, который называется модулем зубчатого зацепления и обозначают т: т = p/π.
Модуль – это часть делительного диаметра, приходящаяся на один зуб. Он является основным параметром зубчатой передачи, определяющим ее размеры. Для пары зацепляющихся колес модуль должен быть одинаковым.
Для обеспечения взаимозаменяемости зубчатых колес и унификации зуборезного инструмента значения модуля стандартизированы. Значение модулей по СТ СЭВ 310 – 76 (выборка) т(мм): 0,5…1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0…100.
7. Высота зуба h=hа+hf , где hа=т – высота головки зуба равная модулю, hf=1,25т – высота ножки зуба, тогда h=hа+hf = т+1,25т = 2,25т.
Геометрические соотношения и размеры в зубчатых передачах
|
Обозна-чения
|
Способы определения
|
Начальные окружности
|
d1 , d2
|
d1+d2 = аw
|
Шаг зубьев
|
р
|
р = dd / z
|
Модуль зуба
|
m
|
m = р / π
|
Делительная окружность
|
dd
|
dd = z*p = z*(p/π) = z*т
|
Окружность вершин зубьев (диаметр окружности выступов)
|
dа
|
dа=dd +2hа = тz+2т =
= т(z+2)
|
Окружность впадин зубьев (диаметр окружности впадин)
|
df
|
dа = dd - 2hf = тz –2*1,25т =
= т(z – 2,5)
|
Межосевое расстояние
|
аw
|
аw = d1 /2 + d2 /2 =
=тz1 /2+тz2 /2 =
т*(z1+z2)/2 = т*zс /2
|
Порядок выполнения работы
1. Произвести внешний осмотр редуктора.
2. Найти в атласе конструкции чертежи аналогичного редуктора.
3. Изучить конструкцию корпуса и назначение деталей.
4. Произвести разборку редуктора.
5. Ознакомиться с внутренним устройством редуктора.
6. Установить способ смазки зацепления и подшипников.
7. Снять входной, промежуточный и выходной валы редуктора с деталями и подшипниками, установленными на них.
8. Расшифровать маркировку подшипников.
9. Вычертить в масштабе кинематическую схему редуктора.
10. Путем замеров и расчетов определить основные параметры и занести их в таблицу №1.
11. Установить способ уплотнения узлов.
12.Собрать редуктор.
13. Составить отчет о проделанной работе.
14. Убрать рабочее место.
Отчет о работе
1. Определение основных геометрических размеров и кинематических параметров редуктора в таблицу №1.
2. Кинематическая схема редуктора.
3. Ответы на контрольные вопросы. Таблица № 1.
Наименование
параметра
|
Обозна –
чение
|
Способ
определения
|
Результаты измерения
|
Быстроходный
ступень
|
Тихоходный ступень
|
1. Число зубьев шестерни
|
z1; z3
|
сосчитать
|
z1 =
|
z3 =
|
2. Число зубьев
колеса.
|
z2; z4
|
сосчитать
|
z2 =
|
z4 =
|
3. Передаточные числа ступеней
(1 и 2)
|
u1
u2
|
u1 = z2 / z1
u2 = z4 / z3
|
|
|
4. Общее переда- точное число
|
uобщ
|
uобщ = u1*u2
|
|
|
5. Межосевое расстояние
|
aw
|
измерить
|
|
|
6. Угол наклона зу-ба по вершинам, град
|
βα
|
измерить
|
|
|
6. Угол наклона зу-ба по делительному диаметру, град
|
β
|
β = αrctg
(z1/ z1+2)*tgβα
|
|
|
7. Модуль нормальный, мм (ок
руглить по ГОСТу)
|
mn
|
mn =2aw/(z1+z2)*
*соsβ
|
|
|
8. Модуль торцовый, мм
|
mt
|
mt = mn / соsβ
|
|
|
9. Диаметры делительных окружностей, мм
|
dd1
|
dd1 = mt* z1
|
dd1 =
|
dd3 =
|
dd2
|
dd1 = mt* z2
|
dd2 =
|
dd4 =
|
10. Ширина венцов колес
|
b1
b2
|
измерить
измерить
|
|
|
Диаметры вершин зубьев, мм
|
dа1
dа2
|
dа1 = 2dd1+2тn
dа2 = 2dd2+2тn
|
|
|
Контрольные вопросы
1. Каждый ли редуктор может быть обратимым и как называются такие механизмы?
2. По каким признакам классифицируют редукторы?
3. В каких случаях шестерню изготавливают заодно с валом?
4. По каким параметрам классифицируются стандартные редукторы?
5. Какой параметр зубчатых колес называется шагом зацепления?
6. Как называется основной расчетный параметр, для определения основных размеров зубчатых колес?
7. Роль и значение смазки в редукторах.
8. Особенности смазки быстроходных редукторов.
9. Смазка подшипниковых узлов в редукторе.
10. Требования к смазочным материалам для редукторов.
Литература
[1.] Андреев В.И., Паушкин А.Г., Леонтьев А.Н., Техническая механика. – М.: Высшая школа, 2010 – 224с.
[3] Паушкин А.Г Практикум по технической механике. М.: КолосС,2008-94с
[4.] А.Г. Рубашкин, Д.В. Чернилевский. Лабораторно – практические работы по технической механике. Пособие. М., «ВЫСШАЯ ШКОЛА» - 1975. стр. 224 – 227.
[5.] Н.Г. Куклин, Г.С. Куклина. Детали машин. Учебник. М., «ВЫСШАЯ ШКОЛА». 1983 – 384с. Цилиндрическая косозубая передача. Геометрические параметры. Страницы 143 – 145.
[5.] И.И. Устюгов. Детали машин. Учебное пособие для техникумов. М., «ВЫСШАЯ ШКОЛА». 1975 – 472с. Страницы 128 – 133.
[6] Мишенин Б.В. Техническая механика. Задания на расчетно-графические работы для ССУЗов с примерами их выполнения. – М.: НМЦ СПОРФ. 2007.
|
