Кинематическая схема редуктора

Введение

Основная цель курсового проекта по деталям машин – приобретение студентом навыков проектирования. Работая над проектом, студент выполняет расчёты, учится рациональному выбору материалов и форм деталей, стремится обеспечить их высокую экономичность, надёжность и долговечность. Приобретённый студентом опыт является основой для выполнения им курсовых проектов по специальным дисциплинам и для дипломного проектирования, а так же всей дальнейшей конструкторской работы.

В настоящее время в Республике Беларусь отсутствует собственное производство редукторов общего использования. Между тем в республике имеется ряд разработок, которые позволили бы организовать такое производство.

При выборе типа редуктора для привода рабочего органа (устройства) необходимо учитывать множество факторов, важнейшими из которых являются: значение и характер изменения нагрузки, требуемая долговечность, надежность, КПД, масса и габаритные размеры, требования к уровню шума, стоимость изделия, эксплуатационные расходы.

Из всех видов передач зубчатые передачи имеют наименьшие габариты, массу, стоимость и потери на трение. Коэффициент потерь одной зубчатой пары при тщательном выполнении и надлежащей смазке не превышает обычно 0,01. Зубчатые передачи в сравнении с другими механическими передачами обладают большой надежностью в работе, постоянством передаточного отношения из-за отсутствия проскальзывания, возможностью применения в широком диапазоне скоростей и передаточных отношений. К недостаткам зубчатых передач могут быть отнесены требования высокой точности изготовления и шум при работе со значительными скоростями.

Косозубые колеса применяют для ответственных передач при средних и высоких скоростях. Объем их применения – свыше 30% объема применения всех цилиндрических колес в машинах; и этот процент непрерывно возрастает. Косозубые колеса с твердыми поверхностями зубьев требуют повышенной защиты от загрязнений во избежание неравномерного износа по длине контактных линий и опасности выкрашивания.

Одной из целей выполненного проекта является развитие инженерного мышления, в том числе умение использовать предшествующий опыт, моделировать используя аналоги. Для курсового проекта предпочтительны объекты, которые не только хорошо распространены и имеют большое практическое значение, но и не подвержены в обозримом будущем моральному старению.

Существуют различные типы механических передач: цилиндрические и конические, с прямыми зубьями и косозубые, гипоидные, червячные, глобоидные, одно- и многопоточные и т. д. Это рождает вопрос о выборе наиболее рационального варианта передачи. При выборе типа передачи руководствуются показателями, среди которых основными являются КПД, габаритные размеры, масса, плавность работы и вибронагруженность, технологические требования, предпочитаемое количество изделий.

При выборе типов передач, вида зацепления, механических характеристик материалов необходимо учитывать, что затраты на материалы составляют значительную часть стоимости изделия: в редукторах общего назначения – 85%, в дорожных машинах – 75%, в автомобилях – 10% и т. д.

Поиск путей снижения массы проектируемых объектов является важнейшей предпосылкой дальнейшего прогресса, необходимым условием сбережения природных ресурсов. Большая часть вырабатываемой в настоящее время энергии приходится на механические передачи, поэтому их КПД в известной степени определяет эксплуатационные расходы.

Наиболее полно требования снижения массы и габаритных размеров удовлетворяет привод с использованием электродвигателя и редуктора с внешним зацеплением.

Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых и червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи от вала двигателя к валу рабочей машины. Кинематическая схема привода может включать, помимо редуктора, открытые зубчатые передачи, цепные или ременные передачи.

Назначение редуктора – понижение угловой скорости и соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим.

Редуктор состоит из корпуса, в который помещают элементы передачи – зубчатые колеса, валы, подшипники и т.д. В отдельных случаях в корпусе редуктора размещают также устройства для смазывания зацепления и подшипников или устройства охлаждения.

Редуктор проектируют либо для привода определенной машины, либо по заданной нагрузке и передаточному числу без указания конкретного назначения.

Редукторы классифицируют по следующим основным признакам: типу передачи (зубчатые, червячные или зубчато-червячные); числу ступеней (одноступенчатые, двухступенчатые и т.д.); типу зубчатых колес (цилиндрические, конические и т.д.); относительному расположению валов в пространстве (горизонтальные, вертикальные); особенностям кинематической схемы (развернутая, соосная, с раздвоенной ступенью и т.д.).

Проектируемый привод состоит их двигателя, клиноременной передачи, одноступенчатого цилиндрического редуктора с косозубыми колесами.

Кинематическая схема редуктора

Составляем кинематическую схему исходя из условия заданного варианта:

Исходные данные:

Мощность на выходном валу: P3=2.8 кВт

Частота вращения выходного вала: n3=130об/мин

Расположение валов: вертикальное

Тип зубчатого зацепления: шевронное

Характер нагрузки: нереверсивная

Условия работы: незначительные толчки и вибрации

Схема 1-3-2-4

Рисунок 1 – Кинематическая схема привода

2 Выбор двигателя. Кинематический расчёт привода

2.1. Определяем требуемую мощность на ведущем валу редуктора, Р (кВт).

2.2. Определяем коэффициент полезного действия привода согласно заданным схемам (табл. 2.1.)

, где h_оп — кпд открытой передачи,

h_зп – кпд закрытой передачи берём из таблицы 2.1 [2].

2.3. Выбираем электродвигатель (табл. 2.2, [2])

Электродвигатель выбираем из условия , применив для расчёта 4 варианта типа двигателя.

Таблица 1 – Тип двигателя

Тип двигателя	(кВт)
2А90L2У3 4А100S4У3 4А112МА6У3 4А112МВ8У3	3,0	2905 1415 950 710

2.4. Определяем действительное общее передаточное число, для каждого варианта:

где берём из таблицы 1 пункта 2.3.

2.5. Выбираем передаточное число закрытой передачи =4(табл. 2, [2]).

2.5.1. Выбираем передаточное число открытой передачи для каждого варианта

2.6. Окончательно принимаем двигатель с параметрами:

Тип двигателя: 4А100S4У3

2.7.Определяем силовые и кинематические параметры привода.

2.7.1. Определяем мощность каждой ступени привода кВт. (согласно заданной схемы).

2.7.2. Определяем частоту вращения каждой ступени об/мин.

2.7.3. Определяем угловую скорость каждой ступени ,рад/с

2.7.4. Определяем вращающий момент Т, Нм

Таблица – Силовые и кинематические параметры привода

Цилиндрический редуктор — виды, схемы, ГОСТ, проектирование

Создание двигателей внутреннего сгорания привело к резкому возрастанию количества и многообразия, разработанных инженерами механизмов, обеспечивающих преобразование крутящего момента, соответствующего некоторой скорости вращения, в крутящий момент с другой скоростью. В результате было создано такое устройство, как редуктор, и в том числе одна из его разновидностей — цилиндрический редуктор, который сегодня является очень популярным механизмом в машиностроении. При этом редуктор, позволяющий ступенчато изменять передаточное число получил название коробки передач.

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на вновь проектируемые цилиндрические одно- и многоступенчатые редукторы общемашиностроительного применения.

Для цилиндрических редукторов специального назначения и специальной конструкции стандарт является рекомендуемым.

Настоящий стандарт устанавливает номинальные значения:

— межосевых расстояний ;

— допускаемых крутящих моментов ;

— передаточных чисел ;

— допускаемых радиальных консольных нагрузок на входных и выходных концах валов , ;

— высот осей.

Требования настоящего стандарта являются обязательными, за исключением приложения А.

Назначение и устройство цилиндрического редуктора

Применение этого механического агрегата в автомобилях позволяет передавать мощность с вала двигателя другим вращающимся элементам с очень высоким КПД, достигающим в зависимости от конструкции 95—98 %.

При его работе используется механическая система, называемая цилиндрической передачей из-за того, что с ее помощью вращение может передаваться от одного вала к другому, только если эти валы соосны или параллельны друг другу.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 1643-81 Основные нормы взаимозаменяемости. Передачи зубчатые цилиндрические. Допуски

ГОСТ 2185-66 Передачи зубчатые цилиндрические. Основные параметры

ГОСТ 6636-69 Основные нормы взаимозаменяемости. Нормальные линейные размеры

ГОСТ 8032-84 Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел

ГОСТ 9563-60 Основные нормы взаимозаменяемости. Колеса зубчатые. Модули

ГОСТ 14186-69 Колеса зубчатые цилиндрические передач типа Новикова. Модули

ГОСТ 16162-93* Редукторы зубчатые. Общие технические условия
________________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 50891-96.

ГОСТ 16530-83 Передачи зубчатые. Общие термины, определения и обозначения

ГОСТ 16531-83 Передачи зубчатые цилиндрические. Термины, определения и обозначения

ГОСТ 24266-94 Концы валов редукторов и мотор-редукторов. Основные размеры, допускаемые крутящие моменты

ГОСТ 24386-91 Механизмы ведущие и ведомые. Высоты осей

Цилиндрические двухступенчатые редукторы

Цилиндрические двухступенчатые редукторы могут иметь развернутую (рис. 9…16) и соосную схему (рис. 17…21). При развернутой схеме оси всех валов редуктора могут быть расположены в одной плоскости, параллельной основанию корпуса редуктора (рис. 9); в наклонной плоскости (рис. 10), в плоскости параллельной основанию корпуса редуктора (рис. 11), в плоскости, перпендикулярной основанию редуктора (рис. 13 быстроходный вал внизу, рис. 14 — быстроходный вал наверху). Кроме того, при развернутой схеме валы могут быть расположены перпендикулярно к основанию редуктора (рис. 16 — выходные концы валов направлены в одну сторону).

При соосной схеме оси валов могут быть расположены в плоскости, параллельной основанию корпуса редуктора (рис. 17), и в плоскости, перпендикулярной основанию корпуса редуктора (рис. 18 промежуточный вал внизу, рис. 19 — промежуточный вал наверху). На рис. 20 показана соосная двухпоточная схема (оси валов расположены в плоскости, параллельной основанию корпуса редуктора), на рис. 21 — соосная трехпоточная схема (промежуточные валы расположены равномерно по окружности).

Цилиндрические одноступенчатые редукторы

Оси валов таких редукторов могут быть расположены в плоскости, параллельной основанию корпуса редуктора (рис. 1); в наклонной плоскости (рис. 2); в плоскости, перпендикулярной к основанию корпуса редуктора: быстроходный вал находится или под тихоходным (рис. 3), или над тихоходным (рис. 4). Кроме того, оси валов могут быть перпендикулярны к основанию корпуса редуктора (рис. 5).

У редуктора могут быть два быстроходных вала и один тихоходный: рис. 6 оси всех валов расположены в одной плоскости, параллельной основанию корпуса; рис. 7 — оси быстроходных валов расположены выше оси тихоходного вала.

Если редуктор имеет один быстроходный вал, два тихоходных и промежуточное зубчатое колесо (рис. 8), то тихоходные валы вращаются в разные стороны.

3 Определения и обозначения

В настоящем стандарте применяют термины и обозначения по ГОСТ 16530, ГОСТ 16531.

Цилиндрические трехступенчатые редукторы

Цилиндрические трехступенчатые редукторы с развернутой схемой показаны на рис. 22…26. У таких редукторов оси валов могут быть расположены в плоскости, параллельной основанию корпуса редуктора (рис. 22 — колеса размещены в шахматном порядке, рис. 24 — колеса размешены последовательно вдоль осей, рис. 25 колеса промежуточной ступени раздвоены). Коме того, оси валов могут быть расположены в наклонной плоскости (рис. 23) и в плоскости, перпендикулярной к основанию корпуса редуктора (рис. 26 -быстроходный вал наверху).

Корпуса редукторов

Цилиндрический редуктор при его серийном производстве снабжается, как правило, литым корпусом стандартизованного размера с использованием литейного чугуна или литейных сталей. Спецификация на эти материалы приведена в соответствующих регламентирующих отраслевых документах и ГОСТ. В тех случаях, когда требуется получить конструкцию небольшого веса, применяют корпуса из легких сплавов.

При штучном производстве чаще всего используют корпуса сварные, что позволяет реализовывать конструктивные решения, расчет и проектирование которых проводились по индивидуальному заказу.

На корпусах редукторов, как правило, имеются места для крепления в виде «ушей» и/или «лап», с помощью которых их можно передвигать и крепить по месту установки, используя сборочный чертеж на автомобиль. На выходной части валов устанавливают уплотнения для того, чтобы исключить вытекание масла. С внешней стороны корпуса редукторов могут иметь дополнительные конструкционные элементы, препятствующие увеличению внутреннего давления редуктора, которое может возникать при его нагреве в процессе работы.

Конические одноступенчатые редукторы

Оси валов этих редукторов могут быть расположены в плоскости, параллельной основанию корпуса редуктора (рис. 27); быстроходный вал может быть расположен параллельно, а тихоходный перпендикулярно к основанию корпуса редуктора (рис. 28); быстроходный вал — перпендикулярно. а тихоходный — параллельно к основанию корпуса редуктора (рис. 29). Угол между осями валов может быть меньше 90= (рис. 30).

ПРИЛОЖЕНИЕ А (рекомендуемое). Рекомендации по выбору параметров передач и их соотношению для ступеней редукторов

ПРИЛОЖЕНИЕ А
(рекомендуемое)

А.1 В многоступенчатых редукторах соотношение межосевых расстояний для соседних ступеней рекомендуется принимать:

— от 1,25 до 1,60 — для редукторов с развернутой схемой;

— от 1,00 до 1,25 — для редукторов со свернутой схемой, в т.ч. соосных.

А.2 Модули передач принимаются в следующих диапазонах:

— от 0,020 , до 0,025 с округлением до ближайшего значения по ГОСТ 9563 — для эвольвентных передач;

— от 0,020 до 0,032 с округлением до ближайшего значения по ГОСТ 14186 — для передач Новикова.

Меньшие значения рекомендуются для передаточных чисел ступени свыше 5,00.

А.3 Ширину зубчатых колес рекомендуется принимать в следующих диапазонах значений:

— от 0,35 до 0,45 — для передач с твердостью рабочих поверхностей зубьев не более 320 НВ, а также для передач со степенью точности не грубее 7 по ГОСТ 1643 при любой твердости;

— от 0,25 до 0,32 — для передач с твердостью рабочих поверхностей зубьев свыше 40 НRСэ и степенью точности 8-10 по ГОСТ 1643.

Значение ширины рекомендуется округлять до размеров из ряда 40 по ГОСТ 6636.

Для передач с разной шириной зубчатых колес рекомендации относятся к более узкому из них.

А.4 Угол наклона зубьев принимают с учетом выбранных значений модуля и рабочей ширины зубчатых колес , при условии обеспечения осевого перекрытия

А.5 Суммарное число зубьев в передаче рекомендуется принимать равным

где коэффициент принимает значение от 1,96 до 2,01.

Числа зубьев зубчатых колес определяют исходя из принятого передаточного числа ступени. Из возможных вариантов предпочтителен тот, в котором большее число зубьев шестерни.

Текст документа сверен по:
официальное издание
М.: ИПК Издательство стандартов, 2000

Коническо-цилиндрические двухступенчатые редукторы

Быстроходная ступень у этих редукторов — с коническими колесами, тихоходная ступень — с цилиндрическими колесами. В схеме на рис. 31 оси всех валов расположены в одной плоскости, параллельной основанию корпуса. редуктора. В схеме на рис. 32 ось быстроходного вала направлена перпендикулярно к основанию корпуса редуктора.

Компоновка цилиндрического редуктора

Ее особенности определяются тремя факторами:

• набором и видом деталей (ими являются валы и шестерни);
• размерами агрегата;
• вариантами исполнения примененных в редукторе цилиндрических передач.

Цилиндрические передачи по типу исполнения могут быть:

Развернутая схема применяется, если межосевое расстояние менее 80 см. Редукторы, изготовленные в соответствии с этой схемой, обладают удлиненной формой, что вызывает перерасход металла почти на 20 % в сравнении с редукторами, расчет которых производился по раздвоенной схеме.

Раздвоенную схему используют при расчете как тихоходной, так быстроходной ступеней редукции. Но более рациональным будет ее использование во втором случае реализации, так как в этом случае можно выполнить проектирование промежуточного вала в виде плавающего вала и «вала-шестерни». При этом раздвоенная схема благодаря возможности применения косозубых передач может получить свойства шевронной передачи.

В соосной схеме расчет и проектирование кинематической схемы ведут исходя из предположения соосности обоих валов: и выходного вала, и входного. Такие редукторы обладают габаритами и массой близкими по значению к аналогичным параметрам редукторов, расчет которых и проектирование был произведен по развернутой схемой. Они работают в условиях, когда быстроходная ступень оказывается недонагруженной при перегруженной тихоходной ступни.

И в заключение нужно отметить, что срок службы редуктора зависит:

• от правильности расчетов нагрузки, которые должны проводиться в соответствии с требованиями ГОСТов;
• от своевременности проведения профилактических мероприятий;
• от степени регулярности замены масла.

Грамотное обслуживание редуктора, особенно такого, как редуктор цилиндрический трехступенчатый, продлит время его работоспособности и сократит финансовые расходы на его ремонт, а покупка нового редуктора не станет обязательной мерой поддержания автомобиля в исправном состоянии даже при длительном сроке его эксплуатации.

Коническо-цилиндрические трехступенчатые редукторы

Быстроходная ступень у этих редукторов — с коническими колесами, промежуточная и тихоходная ступени — с цилиндрическими колесами (рис. 37 — оси всех валов расположены в одной плоскости, параллельной основанию корпуса редуктора, рис. 38 — оси промежуточных и тихоходного валов расположены в плоскости, параллельной основанию корпуса редуктора; ось быстроходного вала направлена перпендикулярно к основанию корпуса редуктора.

Червячные одноступенчатые редукторы

Вал червяка расположен под колесом (рис. 33), вал червяка расположен над колесом (рис. 34). Кроме того, ось вала колеса может быть расположена перпендикулярно, а ось вала червяка параллельно основанию корпуса редуктора (рис. 35) или ось вала червяка перпендикулярна, а ось вала колеса — параллельно основанию корпуса редуктора (рис. 36).

Червячные двухступенчатые редукторы

В схеме на рис. 39 оси быстроходного и тихоходного валов параллельны между собой и параллельны основанию корпуса редуктора, вал червяка тихоходной ступени расположен под колесом. В схеме на рис. 40 ось тихоходного вала перпендикулярна, а ось быстроходного вала параллельна основанию корпуса редуктора.

Цилиндрическо-червячные двухступенчатые редукторы

В схеме на рис. 41 быстроходная ступень — с цилиндрическими колесами; тихоходная ступень — с червячной парой; быстроходный и тихоходный валы перекрещиваются под прямым углом и параллельны основанию корпуса редуктора. В схеме на рис. 42 быстроходная ступень с червячной парой, а тихоходная с цилиндрическими колесами; быстроходный и тихоходный валы перекрещиваются под прямым углом и параллельны основанию корпуса редуктора. В схеме на рис. 43 быстроходная ступень с цилиндрическими колесами; тихоходная ступень — с червячной парой; быстроходный и промежуточный валы перпендикулярны к основанию корпуса, тихоходный вал параллелен основанию корпуса.