Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«Российский государственный профессионально-педагогический университет»

Институт инженерно-педагогического образования

Кафедра автомобилей и подъемно-транспортных машин

Методические указания

по дисциплине «Детали машин»

для проектирования ЗУБЧАТЫХ

ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ

для студентов всех форм обучения

направления подготовки 44.03.04 Профессиональное обучение (по отраслям)

профилей подготовки «Машиностроение и материалообработка», «Транспорт»

Екатеринбург

РГППУ

2016

Методические указания по дисциплине «Детали машин» для проектирования зубчатых цилиндрических передач. Екатеринбург, ФГАОУ ВО «Рос. гос. проф.-пед. университет», 2016. – 42 с.

Составитель: канд. техн. наук, доцент Н. Г. Новгородова

Одобрены на заседании кафедры автомобилей и подъемно-транспортных машин института ИПО РГППУ.

Протокол от 16.02.2016 г. № 7.

Заведующий кафедрой АПТ В.П. Лялин

Рекомендованы к печати научно-методической комиссией института инженерно-педагогического образования РГППУ.

Протокол от 03.04.2016 г. № 9.

Председатель научно-методической комиссии института ИПО		А.О. Прокубовская
Зам. директора научной библиотеки		Е.Н. Билева

©	ФГАОУ ВО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», 2016
©	Новгородова Н.Г., 2016

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1 ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ. РАСЧЕТ КИНЕТИКИ ПРИВОДА 4

1.1 Выбор электродвигателя 4

1.2 Определение основных кинематических и энергетических параметров передач редуктора 9

2 ВЫБОР СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ УПРУГОЙ МУФТЫ 10

3 Расчеты редукторнОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ передачИ 13

3.1 Алгоритм проектирования цилиндрических зубчатых передач 13

3.2 Основные сведения к расчетам зубчатых передач 13

3.3 Выбор материалов, термообработки и допускаемых 14

напряжений 14

3.4 Определение расчетного крутящего момента 18

3.5 Проектный расчет зубчатой цилиндрической передачи 20

3.6 Проверочный расчет зубьев колеса на выносливость по контактным напряжениям 23

3.7 Проверочный расчет зубьев колес на выносливость по напряжениям изгиба 25

3.8 Определение сил в зацеплении зубчатой цилиндрической передачи 26

3. ЭСКИЗИРОВАНИЕ ЗУБЧАТЫ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ 27

4.1 Развернутая схема передач редуктора 27

4.2 Построение зацепления шестерни и колеса 28

3.1. Схема редуктора с первой раздвоенной ступенью 29

4.3 Соосная схема редуктора 30

4.4 Конструирование цилиндрического вала-шестерни 32

4.5 Конструкция и расчет геометрии зубчатого 33

цилиндрического колеса 33

ЛИТЕРАТУРА 36

Приложение 1 39

L 39

Приложение 2 39

Введение

Данные методические указания предназначены для выполнения расчетов и проектирования зубчатых цилиндрических редукторных передач, входящих в состав технологических машин. Методические указания помогут студентам грамотно сконструировать цилиндрический двухступенчатый редуктор по любой из трех схем расположения колес в редукторе: по развернутой схеме, по соосной схеме и с одной раздвоенной ступенью. Эта часть расчетов относится к началу расчетов по курсовому проекту.

Курсовой проект по дисциплине «Детали машин» состоит из графической и текстовой частей. Графическая часть проекта содержит 2 листа:

• сборочный чертеж редуктора (1 или 2 листа формата А1);

• деталировочные чертежи трех основных деталей редуктора: зубчатого колеса, вала и сквозной подшипниковой крышки.

Расчетно-пояснительная записка (РПЗ) проекта включает в себя основные расчеты передач, узлов и деталей привода машины. Она может быть скомпонована, например, в виде нижеследующих разделов:

• содержание;

• выбор источника энергии для привода машины;

• выбор соединительной упругой муфты;

• проектные и проверочные расчеты передачи;

• выбор и расчет подшипников редуктора;

• конструирование и расчет валов редуктора;

• расчеты соединений зубчатых и червячных колес с валами редуктора;

• выбор сорта масла и способа смазывания зацеплений и подшипников редуктора;

• расчеты объёма и уровней масла в редукторе;

• список литературы;

• приложения (эскизная компоновка узла входного вала и передачи первой ступени редуктора, спецификации к сборочным чертежам).

Оформление курсового проекта следует выполнять в соответствии с требованиями к чертежам и технической документации по стандартам ЕСКД.

1. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ. РАСЧЕТ КИНЕТИКИ ПРИВОДА

1. Выбор электродвигателя

Выбор электродвигателя производят по каталогам (ГОСТ 19523-81) в зависимости от рассчитанной требуемой мощности электродвигателя Р_дв и числа оборотов его вала n _дв.

Требуемую расчетную мощность электродвигателя определяют по формуле:

(1)

где: η_ – общий КПД привода.

КПД привода характеризует потери мощности при передаче энергии от электродвигателя к исполнительному органу машины. Его вычисляют как произведение КПД элементов привода. Например, для привода, приведенного на Рисунок 1, состоит из электродвигателя, соединительных муфт и двухступенчатого цилиндрического редуктора (с быстроходной и тихоходной ступенью), то КПД такого привода вычисляют по зависимости:

(2)

где η_{М –} КПД муфты_; η₁ ; η₂ – соответственно: КПД первой (быстроходной) и второй (тихоходной) ступеней редуктора; η_{ПК –} КПД одной пары подшипников (показатель степени η_ПК в формуле (2) соответствует числу валов привода).

Рисунок 1 – Привод лебедки с двухступенчатым цилиндрическим редуктором

Затем следует вычислить общий КПД привода (таблица 1) и величину требуемой мощности электродвигателя формуле 1.

Таблица 1 – Значения КПД [10, с. 7].

Передача	КПД
Зубчатая редукторная цилиндрическая передача	0,97 – 0,98
Зубчатая редукторная коническая передача	0,96 – 0,97
Червячная редукторная передача:
при числе заходов червяка z1 = 1	0,70 – 0,75
при числе заходов червяка z1= 2	0,80 – 0,85
при числе заходов червяка z1= 4	0,85 – 0,95
Цепная открытая	0,90 – 0,95
Клиноременная	0,95 – 0,97
Одна пара подшипников качения	0,99
Муфта соединительная	0,98

Требуемую частоту вращения вала электродвигателя вычисляют по зависимости:

n_ДВ = n _ВЫХ . u_РЕД , (4)

где u_ред – передаточное число редуктора.

С целью сокращения времени на выбор электродвигателя, отвечающего требованиям исходных данных к проектированию машины, следует рассчитать диапазон возможных частот вращения вала электродвигателя.

n _{дв min} = n_вых ^. u_{ред min} и n_{дв max} = n_вых ^. u_{ред max} (5)

Передаточное число двухступенчатого редуктора равно произведению передаточных чисел первой u₁ и второй u₂ ступеней: u_ред = u₁ ^. u₂

Диапазон возможных частот вращения вала электродвигателя надо рассчитать по (5) по значениям передаточных чисел, приведенных в таблица 2.

Таблица 2 – Некоторые значения передаточных чисел

Вид передачи	Передаточное число
	наименьшее	наибольшее
Зубчатая цилиндрическая:
быстроходная ступень	3,15	5,0
тихоходная ступень	2,50	5,0
Зубчатая коническая	1,50	4,0
Цепная	1,50	4,0
Ременная	2,00	4,0
Червячная	16,00	50,0

Затем по каталогу электродвигателей (таблица 3) выбирают несколько электродвигателей, имеющих мощность большую, чем рассчитанная по (1), и частоту вращения вала, входящую в диапазон от n_{дв min} до n_{дв max}, рассчитанный по (5).

Таблица 3 –Двигатели закрытые обдуваемые единой серии 4А по ГОСТ 19523-81

Мощность Р, кВт	Синхронная частота вращения вала электродвигателя, об/мин
	3000		1500		1000		750
	Марка	nдв	Марка	nдв	Марка	nдв	Марка	nдв
1,5	80А2	2850	80B4	1415	90L6	935	100L8	700
2,2	80В2		90L4	1425	100L6	950	112MA8
3,0	90L2	2840	100S4	1435	112MA6	955	112MB8
4,0	100S2	2880	100L4	1430	112MB6	950	132S8	720
5,5	100L2		112M4	1445	132S6	965	132M8
7,5	112M2	2900	132S4	1455	132M6	970	160S8	730
11,0	132M2		132M4	1460	160S6	975	160M8
Примечание. Пример условного обозначения электродвигателя мощностью 11 кВт с синхронной частотой вращения вала, равной 1500 об/мин: Электродвигатель 4А 132М4 У3 ГОСТ 19523–81

При выборе электродвигателя по таблице 3 следует иметь в виду, что с увеличением частоты вращения его вала растет КПД. Однако, одновременно увеличивается суммарное передаточное число привода, следовательно, габариты, металлоемкость и стоимость привода (Приложение 1).

Затем следует создать таблицу параметров к окончательному выбору электродвигателя по Р_ДВ > при

Таблица 4 – Таблица параметров к выбору электродвигателя (пример)

Параметр	№ 1	№ 2	№ 3
Частота вращения вала без нагрузки nсинхр об/мин	750	1000	1500
Частота вращения вала под рабочей нагрузкой nДВ об/мин	730	970	1455
Фактическое передаточное число редуктора uФАКТ	8,58	11,41	17,11
Стандартное передаточное число редуктора, uСТД	9	11,2	18
Отклонение фактического передаточного числа от стандартного ∆u	4,6%	1,8%	4,9%

Фактическое передаточное число редуктора

(6)

Электродвигатель выбран верно, если расхождение стандартного и фактического передаточных чисел передач привода не превысит [4%], т.е.

(7)

Из предварительно выбранных электродвигателей следует окончательно выбрать тот, который обеспечивает МИНИМАЛЬНОЕ отклонение ∆u фактического передаточного числа от стандартного. Затем выписать габаритные размеры и диаметр вала выбранного электродвигателя. (При расчете редуктора следует согласовать его размеры с размерами выбранного электродвигателя, чтобы получился рациональный по габаритам привод).

После согласования значения передаточного числа привода со стандартным значением следует принять решение:

1. проектировать редуктор со стандартным передаточным числом или

2. проектировать редуктор с фактическим передаточным числом.

Если выбрать первый вариант, проектируемый привод будет экономически выгоднее – составляющие привода и редуктора можно будет при необходимости легко и дешево заменить.

Если же выбрать второй вариант, то на выходе привода можно получить заданную точность исходных параметров. Однако, при расчете чисел зубьев колес редуктора и неизбежном округлении их до целого числа, возможно, появится отклонение передаточного числа от рассчитанной по (7) величины.

Итак, после согласования значения передаточного числа привода со стандартным значением и принятия решения о его величине следует произвести разбивку передаточного числа по ступеням редуктора. Для этого можно воспользоваться рекомендациями:

• таблица 5 – для цилиндрического двухступенчатого редуктора;

• таблица 6 – для цилиндрического соосного редуктора;

Таблица 5 – Распределение общего передаточного числа двухступенчатого цилиндрического редуктора по ступеням согласно ГОСТ 2185-66

u ред	8	9	10	11,2	12,5	14	16	18	20	22,4	25	28	31,5	35,5
u1	2	2,24	2,5	2,8	3,15	3,15	3,55	4	4,5	4,5	5	5,6	6,3
u2	4,0					4,5				5,0				5,6

Таблица 6 – Распределение общего передаточного числа двухступенчатого цилиндрического соосного редуктора по ступеням согласно ГОСТ 2185-66

u ред	8	9	10	11,2	12,5	14	16	18	20	22,4	25	28	31,5	35,5
u1	2,5	2,8	3,15	2,8	3,15	3,55	4,0	4	4,5	4,5	5	5	5	5,6
u2	3,15			4,0				4,5		5		5,6	6,3