Методички / Пособия ОКМ / Проектирование механических передач

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ»

К.Г. Гаджиев, Е.В. Мышенкова, Н.И. Почернина, Д.С. Писарев, В.И. Чугунов

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

Учебное пособие по курсам «Детали машин и основы конструирования», «Прикладная механика», «Механика» для студентов, обучающихся

по направлениям «Энергетическое машиностроение», «Машиностроение», «Мехатроника и робототехника», «Теплоэнергетика и теплотехника», «Электроэнергетика и электротехника», «Ядерная энергетика

и теплофизика»

Москва Издательство Московского государственного университета леса

2014

1

УДК 621.8 Г13

Утверждено учебным управлением МЭИ В качестве учебного пособия для студентов

Подготовлено на кафедре основ конструирования машин

Рецензент: доктор технических наук, профессор В.П. Николаев

Авторы: К.Г. Гаджиев, Е.В. Мышенкова, Н.И. Почернина, Д.С. Писарев, В.И. Чугунов

Г13 Проектирование механических передач. Методические указания к

курсовому проекту : учеб. пособие. – М.: ФГБОУ ВПО МГУЛ, 2014. – 39 с.

ISBN 978-5-8135-0604-8

Содержатся сведения о последовательности проектирования, принятые в РФ в соответствии с системой ЕСКД, предпосылки и порядок эскизного проектирования, перечень требований к техническому и рабочим проектам. В пособие включены справочные материалы, необходимые для выполнения курсового проекта.

Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям «Мехатроника и робототехника», «Теплоэнергетика и теплотехника», «Электроэнергетика и электротехника», «Ядерная энергетика и теплофизика», выполняющих курсовой проект по курсам «Детали машин и основы конструирования», «Прикладная механика», «Механика».

УДК 621.8

ISBN 978-5-8135-0604-8

©К.Г. Гаджиев, Е.В. Мышенкова, Н.И. Почернина, Д.С. Писарев, В.И. Чугунов

2

2.1.Определение общего передаточного числа привода и

2.2.Разбивка передаточного числа между отдельными

2.3.Определение частот вращения и крутящих моментов

2.4.Выполнение проектных расчетов и предварительная

3.3.Расстояние между деталями передач и некоторые

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Особенностью курсового проектирования является то, что студенты впервые переходят от расчетных схем к реальным конструкциям, используя все знания, приобретенные за годы обучения. При выполнении курсового проекта студенты получают первые навыки по расчету и конструированию типовых механических устройств электромеханических приводов общепромышленного и специального назначения. Процесс учебного проектирования подразумевает сочетание изучения существующих конструкций с самостоятельной работой студента. Студент ориентируется на существующий прототип конструкции, что значительно снижает перебор конструктивных вариантов в поисках оптимального и в то же время дает возможность творчески подойти к конструированию узлов и деталей машин.

Готовый проект должен состоять из 3–4 листов чертежей формата А1 и расчетно-пояснительной записки на 25–30 листах формата А4 (с одной стороны листа).

Графическая часть проекта содержит следующее:

1.1-я конструктивная разработка – cборочный чертеж редуктора;

2.2-я конструктивная разработка – вариант конструкции узла привода, нестандартная муфта и т.п.; один лист формата А1– рабочие чертежи деталей (5–6 деталей).

Все чертежи выполняются в масштабе М1:1. Масштаб может быть изменен только при чрезмерно больших или малых габаритах по согласованию с консультантом.

Расчетно-пояснительная записка (РПЗ) должна содержать материалы, размещаемые в следующем порядке:

1.Титульный лист;

2.Аннотация (краткое изложение выполненных работ объемом около 20 строк рукописного текста);

3.Содержание;

4.Задание на курсовой проект;

5.Введение;

6.Основная часть: все необходимые расчеты с пояснениями, иллюстрации (схемы, графики), таблицы;

7.Заключение;

8.Список литературы;

9.Приложения (в частности, эскизный проект – миллиметровка, на которой прорабатывалась конструкция механизма);

10.Спецификации к сборочным чертежам;

11.Все чертежи и расчетно-пояснительная записка должны соответствовать требованиям ЕСКД.

Вметодических указаниях изложена сущность основных этапов курсового проектирования и порядок их выполнения. При этом методика расчета конкретных типов передач не излагается. В данном случае студентам

4

рекомендуется ознакомиться с работами других авторов и, в частности, с работами кафедры «Основ конструирования машин» МЭИ, в которых достаточно подробно изложена методика расчета различного типа механических передач [3,6].

1. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Задание на курсовой проект выдается студенту преподавателем в виде заполненного бланка специальной формы и является исходным техническим документом для выполнения курсового проекта.

В общем случае рекомендуется следующий порядок выполнения курсового проекта:

а) Кинематический и силовой расчет привода

1. Получить задание на курсовой проект, хорошо разобраться в кинематической схеме привода и выяснить, какие виды передач в него входят.

Примечание. В том случае, если в задании не указана кинематическая схема привода, а даны лишь указания по расположению входного и выходного валов передачи, частота вращения рабочего органа, а также силовые нагрузки на рабочем органе, то студент самостоятельно решает задачу по выбору кинематической схемы привода. Такие задания являются более сложными и трудоемкими по сравнению с общепринятыми, но в большей степени развивают творческие способности студента.

После разработки схемы привода порядок выполнения проекта остается таким же, как указано ниже.

2.Уточнить частоту вращения на последнем ведомом валу проектируемого привода. Эта часть работы выполняется в том случае, если на последнем ведомом валу даны линейная (окружная) скорость, диаметр барабана, звездочка и т.д.

3.Определить требуемую мощность электродвигателя и выбрать его. Если электродвигатель дан в задании, то этот пункт отпадает.

4.Определить общее передаточное число привода и передаточные числа каждой из составляющих передач.

5.Выбрать передаточные числа отдельных ступеней редуктора, т.е. установить, какую часть общего передаточного числа будет осуществлять в отдельности его быстроходная, промежуточная или тихоходная ступень.

Если в составе привода имеются двухили трехступенчатые передачи нередукторного типа (открытые зубчатые, ременные, цепные и т.п.), то

вданном случае назначают передаточные числа и для каждой из ее ступеней.

6.Вычислить частоты вращения и крутящие моменты на каждом валу привода.

7.Рассчитать и определить основные размеры деталей передач, расположенных в схеме привода до или после редуктора. Если в схеме проектируемого привода этих передач нет, то данная стадия работы отпадает.

5

б) Проектный расчет редуктора

8.Выбрать материалы для изготовления зубчатых колес и червяков.

9.Определить величины допускаемых напряжений для зубьев зубчатых колес.

10.Рассчитать межосевое расстояние и геометрические размеры элементов зацепления каждой из передач редуктора.

11.Провести расчет на контактную прочность активных поверхностей зубьев. При этом рассчитанные напряжения не должны существенно отличаться от допускаемых. Указанная проверка позволяет найти вычислительную ошибку, допущенную при определении межосевого расстояния, если имеется значительное расхождение между рассчитанными и допускаемыми напряжениями.

12.Выполнить первую компоновку редуктора с целью сопоставления размеров зубчатых колес отдельных ступеней.

13.Определить ориентировочные размеры диаметров валов.

14.Произвести предварительный выбор подшипников.

15.Выполнить эскизную компоновку редуктора на миллиметровке в масштабе М1:1, определить размеры корпуса и длины участков валов, выбрать способ крепления валов в опорах (в «распор» или с фиксированной и плавающей опорами).

16.Определить силы в зацеплении зубчатых передач и реакции в опорах валов. Построить эпюры изгибающих и крутящего моментов.

17.Выполнить проверочный расчет подшипников и сделать необходимую корректировку в зависимости от требуемого срока службы.

18.Подобрать и проверить на прочность шпоночные или шлицевые соединения (при этом в расчетно-пояснительной записке необходимо дать эскиз сечения вала со шпонкой или шлицевого соединения).

19.Выбрать вид смазки зубчатых передач и подшипников, способ ее подачи и конструкцию уплотняющих устройств.

20.Назначить посадки и вычертить в РПЗ поля допусков для характерных соединений с использованием таблиц СТ СЭВ 144–75 (посадки колес на валы, подшипников на валы и в корпус и т.п.; всего 4–5 посадок).

21.Выполнить уточненный расчет наиболее нагруженного вала на выносливость.

22.Рассчитать редуктор на нагрев (только для червячного редуктора).

23.Вычертить сборочный чертеж редуктора и составить спецификацию.

24.Вычертить рабочие чертежи деталей.

25.Провести расчет и вычертить узел привода (например, фрикционная муфта, предохранительная муфта, разгрузочное устройство и т.п.).

26.Составить и оформить расчетно-пояснительную записку.

27.Подготовиться к защите.

Вметодических указаниях рассмотрены вопросы, вызывающие наибольшие трудности на этапах эскизного проектирования.

6

2. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА И ПРОЕКТНЫЙ РАСЧЕТ ПЕРЕДАЧ

2.1. Определение общего передаточного числа привода и передаточных чисел каждой из составляющих его передач

Приводом называют устройство, приводящее в движение машину или механизм. Обычно он включает в себя: источник энергии – двигатель (Д), передаточный механизм на основе механических передач, согласующий скорости и моменты двигателя и рабочего органа машины (механизма); аппаратуру управления.

Общее передаточное число привода uоб определяется по формуле:

где nэ – частота вращения вала электродвигателя, об/мин; nв – частота вращения исполнительных органов, т.е. приводного вала, об/мин.

Если nв не задана непосредственно, то ее определяют по другим исходным данным. Например (рис. 2.1а), если даны скорость V, м/с, ленты транспортера и диаметр барабана Dб, м, то

nв = 60V .

πDб

Или, например (рис. 2.1б), заданы скорость цепи конвейера V, число зубьев ведущей звездочки конвейера zзв и ее шаг pзв, мм, то

где и1, и2,…, иn – передаточные числа каждой из отдельных типов механических передач, выбираемых из табл. 2.1.

Для привода, изображенного на рис. 2.1а, формула (2.2) примет вид:

uоб =uред uрем uц ,

где иред, ирем, иц – передаточные числа редуктора, ременной и цепной передач.

Целесообразно сначала задаться передаточным числом ременной передачи (табл. 2.1) и редуктора (табл. 2.2), ориентируясь первоначально на их средние значения. Это необходимо для обеспечения соразмерности деталей передач с остальными деталями привода.

Для схемы на рис. 2.1а ведомый шкив ременной передачи должен быть соразмерен с корпусом редуктора, т.е. диаметр шкива D2ш, должен вписываться в размеры сторон торца корпуса редуктора.

По тем же соображениям (рис. 2.1а, б) должны выполняться условия:

D2 =(0,9 ÷1,2) Dб , D2 =(0,9 ÷1,2) Dзв .

7

Кроме того, необходимо выполнение условий:

D1ш ≥[D1ш ], D1 ≥[D1 ],

где [D1ш], [D1] – минимально допустимые диаметры шкива и звездочки; [D1ш] зависит от выбранного профиля клиновых ремней; [D1] – от шага цепи и минимально допустимого числа зубьев z1.

Рис. 2.1. Кинематические схемы приводов

8

1.Значение КПД в передачах даны с учетом потерь на трение в опорах валов.

2.В скобках даны значения передаточных чисел для быстроходной ступени.

Примечание. Цилиндрические двухступенчатые редукторы типа Ц2У выпускаются серийно с номинальными передаточными числами 8; 10; 12,5; 16; 18; 20; 22,4; 25; 28;

31,5; 35,5; 40.

Задаваясь передаточным числом ременной передачи и редуктора,

9

2.2. Разбивка передаточного числа между отдельными ступенями редуктора

Разбивка общего передаточного числа внутри редуктора между различными передачами производится с учетом их вида и расположения. При разбивке общего передаточного числа по зубчатым передачам необходимо учитывать предполагаемое устройство редуктора.

В редукторах с валами, расположенными в одной горизонтальной плоскости, следует стремиться к более равномерному заполнению колесами корпуса и улучшению условий смазки всех передач.

При этом передаточные числа быстроходной иб и тихоходной ступени ит следует выбирать по следующим соотношениям:

1. двухступенчатый цилиндрический редуктор

2. соосный двухступенчатый редуктор

uб =uт = uред ;

3. коническо-цилиндрический редуктор

uк ≤ uред .

Отношение передаточных чисел конической ик и тихоходной цилиндрической иц пар рекомендуется принимать:

uк uц = 0,9 ;

4. цилиндро-червячный двухступенчатый редуктор uц =(0,03 ÷0,06)uред ≤3;

5. червячный редуктор

Передаточное число червячной пары следует выбирать с учетом числа заходов червяка и ограничения максимального числа зубьев колеса

(28 ≤ z2 ≤ 80). Для повышения КПД и уменьшения нагрева силовой червячной передачи рекомендуется применение 2-х и 4-заходных червяков.

Рекомендации по выбору значений передаточных чисел и КПД отдельных видов передач приведены в табл. 2.1 и 2.2.

Следует отметить, что формула (2.2) допускает много вариантов решения. Практическую целесообразность решения оценивают по пропорциональности конструкции, ее габаритам, стоимости и т. п. Обычно конструктор рассматривает несколько вариантов.

2.3. Определение частот вращения и крутящих моментов на валах

При определении крутящих моментов на валах КПД каждой ступени выбираются по табл. 2.1.

В случае зубчатых передач (за исключением червячных) КПД η можно принять равным единице.

10