МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Самарский государственный университет путей сообщения

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИВОДОВ

МАШИН И МЕХАНИЗМОВ

ТРАНСПОРТНОЙ ТЕХНИКИ

Учебное пособие

Под редакцией А.А.Толстоногова

Рекомендовано учебно-методическим объединением

в качестве учебного пособия

для студентов вузов железнодорожного транспорта

Самара 2008

УДК 621.81.001.63

ББК 34.445

П 79

Рецензенты:

доктор техн. наук, профессор,

зав. кафедрой "Локомотивы и локомотивное хозяйство" МИИТ

В.И.Киселёв;

доктор техн. наук, профессор кафедры

"Локомотивы и локомотивное хозяйство" ПГУПС

А.В.Грищенко;

канд. техн. наук, доцент,

главный инженер Куйбышевской железной дороги –

филиала ОАО "РЖД"

А.А.Комаров

Авторы:

А.А. Толстоногов (гл. 1…11), А.В. Алексеев (гл. 8…10),

М.С. Жарков (гл. 3), Н.В. Назарова (п. 11.6),

В.В. Федоров (гл. 2), В.В. Янковский (гл. 2…11)

П

П79

роектирование приводов машин и механизмов транспортной техники [Текст]: учебное пособие для студентов вузов железнодорожного транспорта / А.А.Толстоногов [и др.] ; под редакцией А.А.Толстоногова. – Самара : СамГУПС, 2008. – 228 с.

ISBN 978-5-98941-073-6

Учебное пособие содержит материал по разделам курса в соответствии с требованиями Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлениям "Подвижной состав железных дорог", "Транспортные машины и транспортно-технологические комплексы" и "Мехатроника". Рассмотрен широкий спектр электромеханических приводов транспортной техники.

Предназначено для студентов высших учебных заведений железнодорожного транспорта, изучающих курс "Детали машин и основы конструирования". Может быть полезно студентам, изучающим курс "Прикладная механика".

УДК 621.81.001.63

ББК 34.445

I

SBN 978-5-98941-073-6 © СамГУПС, 2008

Оглавление

Предисловие 5

Введение 6

1. Приводы машин и механизмов транспортной техники 9

1.1. Условия работы и требования к приводам транспортной техники 9

1.2. Классификация и особенности конструкции транспортных приводов 10

2. Методика выбора оптимальных параметров привода 21

3. Расчёт и проектирование зубчатых передач 29

3.1. Особенности конструкции зубчатых передач транспортной техники 29

3.2. Материалы и общие принципы расчёта зубчатых передач 32

3.3. Расчёт закрытой цилиндрической зубчатой передачи. тяговый привод тепловоза ТЭП60 38

3.4. Расчёт открытой цилиндрической зубчатой передачи. Привод шлагбаума ША-8N 45

3.5. Расчёт планетарной передачи. Привод шуруповёрта шв-2м 51

3.6. Расчёт волнового редуктора. Привод шлагбаума ША-8N 64

3.7. Расчёт закрытой конической передачи.

Привод системы охлаждения генератора тепловоза 2ТЭ10Л 73

3.8. Расчёт червячной передачи.

Механизм подъёма пути электробалластера ЭЛБ-1 80

3.9. Тепловой расчёт червячного редуктора. Привод лебёдки

передвижения пакетов пути моторной платформы МПД 85

4. Расчёт и проектирование фрикционных, ременных

и цепных передач 90

4.1. Расчёт фрикционных передач 90

4.2. Расчёт ременных передач. Приводы вагонных

электрогенераторов РД2Д и ТРКП 94

4.3. Расчёт зубчатоременных передач 110

4.4. Натяжные устройства ременных передач 116

4.5. Расчёт цепной передачи.

Привод побудителя распределителя щебня и гравия Д-337 118

5. Расчёт валов. Ведущий вал мультипликатора привода ТРКП 126

6. Расчёт и проектирование опор валов 134

6.1. Расчёт и выбор подшипников скольжения 134

6.2. Расчёт и выбор подшипников качения.

Осевые подшипники привода EUK 137

6.3. Особенности проектирования подшипниковых узлов 162

7. Расчёт и выбор муфт. Муфта привода рабочих механизмов

шпалоподбивочной машины ШПМ-2 166

8. Расчёт ходовых винтов. Железнодорожный винтовой домкрат ДВ10 169

9. Конструирование корпусов редукторов, рам и плит

агрегатных приводов 177

10. Системы смазывания деталей приводов 198

11. Расчёт соединений деталей приводов транспортной техники 202

11.1. Расчёт сварного соединения. Уголковый кронштейн для растяжек

крепления нестандартного груза при пе­ревозке в грузовом вагоне 202

11.2. Расчёт резьбовых крепёжных соединений, стяжных и

анкерных болтов 207

11.3. Расчёт соединения с натягом.

Посадка колеса на ось колёсной пары локомотива 211

11.4. Расчёт шпоночных соединений 217

11.5. Расчёт шлицевого соединения.

Хвостовик первичного вала осевого редуктора ходовой тележки

платформы МПД, кранов УКД-12,5 и ПКД-25 219

11.6. Расчёт штифтовых соединений 223

Заключение 225

Библиографический список 226

Предисловие

Предлагаемое учебное пособие предназначено для самостоятельного выполнения курсового проекта и расчётно-графических (контрольных) работ по дисциплине "Детали машин и основы конструирования" (ДМОК). Содержание пособия соответствует требованиям Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлениям "Подвижной состав железных дорог" и "Транспортные машины и транспортно-технологические комплексы", "Мехатроника". Пособие соответствует рабочей программе курса и основной задаче его освоения − выработке у студентов навыков самостоятельной работы и принятия инженерных решений.

Пособие предназначено для студентов как дневной, так и заочной форм обучения по специальностям: "Локомотивы", "Вагоны", "Электрический транспорт", "Муниципальный транспорт", "Строительно-дорожные машины" и "Мехатроника".

Предлагаемое пособие дополняет учебно-методические материалы курса − учебники, конспект лекций, справочники и атласы конструкций. При этом в пособии впервые за всё время преподавания курса собраны воедино все необходимые справочные данные, приведены все методики расчёта, следуя которым, студент, получая по ходу расчёта все необходимые данные, может самостоятельно выполнять свой вариант задания, приобретая наглядное представление о взаимосвязи расчётных параметров, условий и результатов расчёта. С целью наибольшей профилизации курса, повышения интереса студентов к изучению дисциплины "Детали машин и основы конструирования" по каждой из типовых деталей приведён образец расчёта на примере реальных конструкций электромеханических приводов, механизмов и агрегатов подвижного железнодорожного состава и дорожно-строительных машин, а также путевого хозяйства.

Главы пособия расположены в том же порядке, в котором студент должен выполнять курсовой проект.

При выполнении контрольных работ и курсового проекта, читая соответствующий раздел, студент сопровождает его, пункт за пунктом, расчётом своего варианта задания. Пособие иллюстрировано образцами рабочих чертежей деталей, которые также служат студенту моделью для выполнения чертежей рассчитанных деталей.

Вся необходимая справочная информация приводится непосредственно в тексте по мере необходимости. В конце пособия приведён список учебной, методической и справочной литературы для более глубокого изучения предмета.

Данное пособие обобщает 35-летний опыт преподавания авторами данной дисциплины на кафедре механики Самарского государственного университета путей сообщения.

Необходимость издания данного пособия вызвана чрезвычайно малым и постоянно сокращающимся количеством часов аудиторных занятий, отводимых стандартами и учебными планами на изучение курса. В связи с этим возрастает роль самостоятельной работы студентов, для чего и предназначено данное учебное пособие.

Авторы будут признательны за все замечания и предложения с целью дальнейшего улучшения пособия, которые можно прислать по адресу: 443066, г. Самара, 1-й Безымянный пер., д.18, СамГУПС, кафедра механики. E-mail: atol56@mail.ru

Введение

Курсовой проект по дисциплине "Детали машин и основы конструирования" является базовым в общепрофессиональной подготовке инженера- механика (электромеханика), практической основой инженерных навыков применения полученных знаний.

Выполнение курсового проекта базируется на теоретическом материале курса "Детали машин и основы конструирования" [12, 34, 44], а также на предшествующей механико-математической подготовке студента, обеспечиваемой соответствующими разделами дисциплин "Математика", "Физика", "Теоретическая механика", "Теория механизмов и машин" [40], "Инженерная графика", "Информатика", "Сопротивление материалов", "Материаловедение и технология материалов".

Знания, полученные при изучении курса "Детали машин и основы конструирования" и курсовом проектировании, будут использованы при изучении таких специальных дисциплин, как: "Теория и конструкция локомотивов", "Локомотивные энергетические установки", "Механика вагонов", "Конструкция и расчет вагонов", "Механическая часть электроподвижного состава", "Технические основы создания машин" и др.

Этапы проектирования и конструирования машин обусловлены тем, что машины, как и другие изделия, изготавливаются только по проекту, который, в любом случае, является совокупностью графических и текстовых документов. Правила и порядок разработки, оформления и обращения этих документов устанавливается комплексом стандартов – Единой системой конструкторской документации (ЕСКД), разработанной в 70-е годы XX в [10].

Однако каждому проекту предшествует предпроектная подготовка. Её центральным моментом является прогнозирование конструкций, которое рассматривается как часть научно-иссле­довательской работы, направленной на подбор и подготовку исходного материала, необходимого для разработки технического задания на проектирование [15, 16, 39].

При краткосрочном прогнозировании (на 5-10 лет) следует оценить перспек­тивный уровень развития конструкции создаваемой машины. При среднесрочном и долгосрочном прогнозировании (на 20-30 лет) необходимо определить значимость имеющихся новых открытый и изобретений, цель и техническую стратегию.

B процессе прогнозирования следует установить: функциональное назна­чение машины; основные технико-экономические параметры; потребность и предполагаемый план изготовления; новые материалы и виды заготовок; новые тех­нологические процессы; потребность в оборудовании и технологической оснастке; новые формы и методы организации и управления производством; эффективность от создания новой конструкции машины.

При этом могут быть использованы следующие методы прогнозирования:

• метод экстраполяции, используемый в основном при краткосрочном про­гнозировании;

• метод экспертных оценок, который рекомендуется применять в случае от­сутствия достаточно систематизированной информации о прошлом или в случае, когда научно-техническое развитие в значительной мере зависит от принимаемых решений, а не от технических возможностей;

• метод моделирования, в основу которого должно быть положено целесообразное абстрагирование процесса развития конструкции в будущем. Рекомендуется использовать метод математического моделирования.

По совокупности решаемых задач можно выделить частное и системное проектирование.

Частный подход к проектированию определяется критериями, отвечающими частным или специфическим интересам.

На основе системного подхода применяют следующие методы проек­тирования машин:

• эвристические − всевозможные упорядоченные в какой-то мере правила и рекоменцации, помогающие при решении задач без предварительной оценки результатов;

• алгоритмические − основываются на алгоритме, который можно опреде­лить как последовательность указаний, касающихся процедур (операций), позволяющих решить задачу.

Системный подход вносит коренные изменения во все стадии работы машины, начиная с ее создания. Принципиально новый подход заключается в том, что решается задача создания развернутого унифицированного семейства машин одного функционального назначения заданного главного параметра. Для решения такой задачи предварительно анализируют рациональные экономические гра­ницы данного семейства, причём критерием является конечный экономическийй эффект от применения унифицированного семейства по сравнению с применением ряда машин индивидуальных конструкций.

В этом случае выбирают, как правило, по принципу наибольшего потребле­ния, базовую модель.

Понятие проектирования является общим для целого комплекса понятий. Оно включает в себя:

• выбор принципа действия машины или прибора;

• разработку принципиальной, конструктивной и других схем;

• инженерные расчёты;

• конструирование;

• технологическую разработку;

• изготовление и испытание опытного образца;

• разработку технической документации для серийного производства.

Под конструированием машин понимают часть проектирования, включающую несколько стадий, установленных ГОСТ 2.103-68.

Для единичного производства это:

• разработка технического предложения по ГОСТ 2.118-73;

• разработка эскизного проекта по ГОСТ 2.119-73;

• разработка технического проекта по ГОСТ 2.120-73;

• разработка документации для изготовления изделия;

• корректировка документации по результатам изготовления и испытания изделия.

Стадии конструирования при серийном производстве те же, но только корректировку документации приходится повторять несколько раз: сначала для опытного экземпляра, затем для опытной партии, затем по результатам изготовления и испытаний первой промышленной партии.

Конструирование машин и механизмов или их отдельных узлов − творче­ский процесс, особенностями которого является многовариантность решений. Задачей конструктора является выявление возможных вариантов, согласование применяемых решений с общими и специфическими требованиями, предъяв­ляемыми к машине. При этом постоянно происходит выбор оптимального варианта из всех возмож­ных.

Оптимальным следует считать тот вариант конструкции машины (узла), который наиболее полно удовлетворяет технико-экономичес­ким и социальным требованиям (критериям).

Простейшим и эффективным критерием сравнения является масса, а также удельные параметры, выраженные отношением массы к мощности, вращающему моменту, производительности. Стоимость материала составляет значительную долю стоимости машины, которая коррелирует с массой.

Особенное значение критерий массы приобретает для транспортных машин. И конечно, напрямую с массой связаны габариты машины. Стремление к максимальному КПД отражает критерии экономичности и производительности, т.к. в противном случае машина будет фактически работать на преодоление сил трения, которое существенно повысит износ и снизит долговечность.

Конструкция новой машины должна удовлетворять технологическим, специальным и экономическим требованиям.

Конструкция машины должна быть отработана на технологичность c целью обеспечения приемлемого уровня эффективности ее изготовления, т. е. должна удовлетворять требованиям производства.

Следовательно, к одной и той же конструкции машины предъявляются тре­бования эксплуатации и требования производства.

Виды основных требований зксплуатации: требования функционирования; требования выполнения штатных работ; требования технологии технического обслуживания; требования организации технического обслуживания; требова­ния технологичности и организации ремонта.

Новая машина в процессе эксплуатации должна обеспечить приемлемый уровень эффективности. Поэтому при проектировании новой машины следует обеспечить экономическуго целесообразность ее использования.

Все эти требования необходимо обеспечивать уже на стадии проектирования деталей машины, чему и посвящается предлагаемое учебное пособие.

1. Приводы машин и механизмов транспортной техники

Приводами или передаточными механизмами называются механизмы, обеспечивающие надёжную кинематическую и силовую связь между двигателем или иным ведущим элементом и исполнительным звеном.

Это может быть либо привод ведущих колёсных пар локомотива, автомобиля, либо привод систем вентиляции, охлаждения и смазки агрегатов, либо привод вспомогательных устройств, инструментов, измерительных приборов, устройств периферии компьютеров, электроники и т.п.

В любом случае, от двигателя до исполнительного звена механическая энергия (мощность) преобразуется в различных передачах, детали и соединения которых изучаются в курсе "ДМОК". Такие передачи обычно по конструктивным и технологическим соображениям объединены в модули, называемые или редукторами, или мультипликаторами и являются в достаточной степени типовыми для различных отраслей техники.