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

Конструирование деталей и узлов редуктора

Учебное пособие

к выполнению курсового проекта по дисциплине

«Детали машин»

для студентов всех форм обучения

направления подготовки 44.03.04 Профессиональное обучение (по отраслям)

профиля подготовки «Транспорт»

профилизации «Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины»

Екатеринбург

РГППУ

2016

Конструирование деталей и узлов редуктора. Учебное пособие к выполнению курсового проекта по дисциплине «Детали машин». Екатеринбург, ФГАОУ ВО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», 2016. 41 с.

Автор:	канд. техн. наук, доцент	Н.Н. Эльяш

Одобрено на заседании кафедры автомобилей и подъемно-транспортных машин. Протокол от __._____.___ г. № ___.

Заведующий кафедрой автомобилей и подъемно-транспортных машин

В.П. Лялин

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

Протокол от ___._______._____ г. № ___.

	Председатель научно-методической комиссии института ИПО			А.О. Прокубовская
	Зам. директора научной библиотеки			Е.Н. Билева
		©	ФГАОУ ВО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», 2016
		©	Эльяш Н.Н., 2016

СОДЕРЖАНИЕ

№ п/п	Название раздела	Стр.
	ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН………………	4
	ЗУБЧАТЫЕ КОЛЕСА И ВАЛЫ………………………………………………….. 2.1. Конструирование вала-шестерни……………………………………………. 2.2. Конструирование выходного вала……………………………………………. 2.3.Конструирование зубчатого колеса……………………………………………. 2.3.1. Прямозубые и косозубые цилиндрические колеса………………………… 2.3.2.Шевронные колеса……………………………………………………………	5 5 11 16 15 17
	РАЗРАБОТКА КОМПОНОВОЧНОГО ЧЕРТЕЖА РЕДУКТОРА…………….. 3.1. Выбор подшипников. Определение расстояния между опорами. Эскизная компоновка редуктора……………………………………………………………. 3.2. Конструирование сборочных узлов редуктора………………………………	19 19 22
	ПРОВЕРКА ПОДШИПНИКОВ НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ……………………… 4.1. Определение реакций в опорах. ……………………………………………… 4.2. Расчетная долговечность подшипников……………………………………..	26 26 28
	ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ВАЛОВ И СОЕДИНЕНИЙ………………………. 5.1. Построение эпюр крутящих и изгибающих моментов. Определение эквивалентного момента....……………………………………………………… 5.2. Проверочный расчет вала по опасным сечениям……………………………. 5.3. Проверка шпоночных соединений на смятие ………………………………	30 30 33 35
	ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………………………	37
	ПРИЛОЖЕНИЯ	38

1. Общие принципы конструирования деталей машин

При изучении дисциплины «Детали машин и основы конструирования» рассматриваются вопросы выбора материала, способа термообработки, геометрии деталей и точности их изготовления. Конструирование – это процесс создания чертежей механизма или машины на основе проектных и проверочных расчетов. В процессе выполнения расчета деталей рассматривают различные варианты с целью получения оптимальной конструкции с учетом требований экономичности, надежности, технологичности их изготовления. На первом этапе производят проектный расчет, который позволяет определить основные размеры деталей. Проверочный расчет выполняется после окончательного конструирования деталей, с учетом их формы и размеров. Проверочный расчет позволяет определить ресурс работы деталей, выполнить проверку на прочность по допускаемым напряжениям в реальных условиях эксплуатации.

Деталью называют часть машины, изготовленную без применения сборочных операций.

Узлом называют сборочную единицу, состоящую из деталей, имеющих общее функциональное назначение (вал в сборе с подшипниками, вал с зубчатым колесом, муфты, подшипники, и т.д.).

При расчетах и конструировании строго должны соблюдаться стандарты. Это обеспечивает взаимозаменяемость деталей и узлов в машине, облегчает ремонт; кроме того, стандартные детали изготавливаются на специализированных заводах, что повышает их качество и снижает стоимость[4 c. 4-7; с.12].

При выполнении курсового проекта студент выполняет расчет деталей и узлов редуктора; графическая часть состоит из конструирования валов, зубчатых колес или сборочных узлов и может быть выполнена по одному из 4-х вариантов, примеры которых даны в приложении. В зависимости от полученных в результате расчетов размеров деталей чертежи могут быть представлены на листах формата А4 или А3 в масштабе 1:1 или 1:2 и подшиты к расчетно-пояснительной записке. Компоновочный чертеж на миллиметровой бумаге выполняется во всех случаях и в обязательном виде подшивается к расчетно-пояснительной записке.

В соответствии с правилами оформления чертежей на каждом листе должна быть выполнена основная надпись по ГОСТ 2.104-68.

2. Зубчатые колеса и валы

2.1. Конструирование вала-шестерни

Шестерней называют меньшее из двух колес, входящих в зацепление, в редукторах шестерня является ведущим звеном. Шестерни конструируют в двух исполнениях: отдельно от вала или за одно целое с валом (вал-шестерня).

При необходимости перемещения шестерни вдоль вала по условиям работы или сборки (например, в коробках передач) шестерню изготавливают отдельно от вала. Раздельное изготовление шестерни и вала снижает точность и увеличивает стоимость производства, поскольку увеличивается число посадочных поверхностей, требующих точной обработки. Кроме этого возникает необходимость применения шпоночного или шлицевого соединения. Шпоночные пазы ступицы и вала ослабляют сечения, требует жестких допусков на симметричность, параллельность граней шпоночного паза и т.д.

В большинстве случаев диаметр впадин зубьев шестерни превышает диаметр вала, поэтому обычно ее изготавливают заодно с валом, и эта деталь называется вал-шестерня. Это позволяет повысить жесткость и снизить стоимость изготовления.

Входной вал одноступенчатого цилиндрического редуктора конструируем в виде вала-шестерни. Для этого необходимо определить некоторые размеры [1, c.65-66].

Ранее, при расчете энергосиловых параметров привода, был определен диаметр входного конца быстроходного вала. Если входной вал редуктора соединяется непосредственно с электродвигателем через муфту, то он должен быть согласован с диаметром вала электродвигателя и со стандартной муфтой ГОСТ 23360-78. Этот диаметр обозначим d, при этом входной конец может быть цилиндрическим или коническим. Цилиндрический конец проще в изготовлении; конический конец обеспечивает более точное соединение, легкую сборку узла и его демонтаж. Конусность концевого участка вала принимают 1:10[1, c.262].

В том случае, когда проектируем конический конец вала (рис.1), то под размером d следует понимать максимальный диаметр конического участка. Определяем длины участков; полученные значения следует округлить до ближайших больших стандартных [1, c .481]:

длина посадочного конца l _M = 1,5d;

длина цилиндрического участка l = 0,15d ;

диаметр резьбы d _р = 0,9 (d - 0,1 l _M);

длина резьбы l_р = 1,2 d_р .

Рис.1. Конический участок вала с фиксирующей гайкой.

Определяем диаметр следующего участка вала, который предназначен для посадки подшипника d_П (рис.2). Для осевой фиксации деталей (полумуфты) диаметр следующего участка должен быть больше на величину заплечиков t.

d_П = d + 2t_цил(t_кон);

Рекомендуемые высоты заплечиков для цилиндрических и конических концов валов, а также размеры фасок приведены в таблице 1 [1, c .47]:

Таблица 1

Размеры элементов валов

d	17-22	24-30	32-38	40-44	45-50	52-58	60-65	67-75	80-85
tцил	3	3,5	3,5	3,5	4	4,5	4,6	5,1	5,6
tкон	1,5	1,8	2,0	2,3	2,3	2,5	2,7	2,7	2,7
r	1,5	2	2,5	2,5	3	3	3,5	3,5	4
f	1	1	1,2	1,2	1,6	2	2	2,5	2,5

Примечание: r - координата фаски подшипника; f – размер фаски колеса.

Полученный размер необходимо согласовать с диаметром внутреннего кольца подшипника. В одноступенчатых цилиндрических редукторах принимают однорядные шариковые подшипники легкой или средней серии (ГОСТ 8338-75 и ГОСТ 7242-81).. Последние две цифры – это посадочный диаметр, деленный на 5. Предыдущая цифра в маркировке подшипника обозначает серию: 1- особо легкая, 2- легкая, 3- средняя.*)

Например, подшипник № 211означает: 2 - легкая серия, внутренний посадочный диаметр d_П = 11 ∙ 5 = 55мм. Исходя из этого участок вала под подшипники должен иметь диаметр d_П, вычисленный по приведенному выше соотношению, но значение d_П необходимо принять кратным 5-ти, то есть последняя цифра в обозначении номера подшипника должна быть 5 или 0 [2, c. 392-394].

Остальные размеры, показанные на рис.2:

длина промежуточного участка l_П = 1,4d_П ;

b₁ , d₁ – ширина зубчатого венца и диаметр шестерни;

В – ширина кольца подшипника.

____________________________________________________________________

*) Примечание: Данная маркировка принята для случаев, когда диаметр внутреннего кольца подшипника превышает 17 мм.

Рис.2. Конструирование сборочного узла вала-шестерни с подшипниками

Если проектируем цилиндрический конец входного вала, то фиксирующая гайка отсутствует l_р = 0. Длина входного конца вала предварительно вычисляется так же, как длина конического, т.е. l _М = 1,5d.

Рис.3. Цилиндрический участок входного вала.

Затем длина участка l _M уточняется в зависимости от расчетной длины шпонки, соединяющей вал с муфтой (рис.3).

Расчетная длина шпонки l_ш вычисляется по формуле [1, c.121]

,

где Т – вращающий момент, Н∙мм;

D – диаметр вала, мм (для конического конца принимают d = d_ср);

h – высота шпонки, мм; t₁ – глубина врезания шпонки в паз вала, мм.

Размеры h и t₁ принимаются для стандартной шпонки в зависимости от диаметра вала по таблице 2 [1, c.488];

[σ_см] = 110…190 Н/мм² - допускаемое напряжение смятия для стальных шпонок (например, сталь 45,… Ст.6).

Таблица 2

Шпонки призматические (ГОСТ 23360-78). Размеры, мм

Диаметр вала d	Сечение шпонки b x h	Глубина паза		Фаска s x 45o
		Вала t1	Втулки t2
12…17	5 x 5	3,0	2,3		0,16 - 0,25
17…22	6 x 6	3,5	2,8
22…30	8 x 7	4,0	3,3
30…38	10 x 8	5,0	3,3		0,25 – 0,40
38…44	14 x 9	5,0	3,8
44…50	16 x 10	5,5	4,3
50…58	18 x 11	6,0	4,4
58…65	20 x 12	7,0	4,9
65…75	22 x 14	7,5	5,4		0,40 – 0,60
75…85	25 x 14	9,0	5,4

Примечание: Длину шпонки выбирают из ряда: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 125, 140, 160, 180, 200 …(до 500). Пример условного обозначения шпонок: Шпонка 20 x12 x 90 ГОСТ 23360-78

Окончательно длину участка вала l_M с учетом размеров шпоночного паза назначают на 8…10 мм больше, чем l_p [1, c.121].