Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Пермский государственный технический университет

Кафедра механики композиционных материалов и конструкций

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ЗУБЧАТЫХ РЕДУКТОРОВ

Методические указания к лабораторной работе

по дисциплине “Детали машин и основы конструирования”

Пермь 2005

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ЗУБЧАТЫХ РЕДУКТОРОВ

Цель работы: ознакомление с устройством, работой и основными параметрами зубчатых редукторов.

Назначение редукторов.

Зубчатые редукторы – механизмы, служащие для понижения угловых скоростей и увеличения вращающих моментов, содержащие зубчатые передачи и выполняемые в виде отдельных агрегатов.

Достоинствами зубчатых редукторов являются малые габариты, высокая нагрузочная способность, высокий КПД (0.94…0.99), долговечность и надежность в работе, простота в эксплуатации.

Зубчатые редукторы применяют в самых разных отраслях машиностроения, в основном, в составе приводов машин.

Типы редукторов.

В зависимости от передаточного отношения и выбранной схемы редукторы выполняют одноступенчатыми и многоступенчатыми с цилиндрическими и коническими колесами.

Одноступенчатые редукторы (рис. 1, а, ж) обычно применяют при передаточных отношениях до 8.

Двухступенчатые редукторы применяют при передаточных отношениях до 40.

Наиболее распространенной схемой двухступенчатых редукторов является развернутая (рис. 1, б), где каждая ступень состоит из одной пары зубчатых колес. Преимущества этой схемы - малая ширина редуктора, легкая унификация. Недостаток - несимметричное расположение зубчатых колес относительно опор вызывает неравномерное распределение нагрузки между подшипниками и появление концентрация нагрузки по длине зубьев.

В редукторах с раздвоенными ступенями (рис. 1, г) опоры расположены симметрично относительно зубчатых колес. Благодаря этому достигается равномерная загруженность опор и благоприятное распределение нагрузки по ширине зубчатого венца. Такие редукторы более компактны, имеют меньшую массу. Зубчатые колеса раздвоенной ступени выполняют косозубыми с большими углами наклона противоположного направления.

В редукторах, выполненных по соосной схеме (рис. 1, в), оси ведущего вала и ведомого совпадают. Соосные редукторы имеют малые габариты по длине, но увеличенные габариты по ширине.

Трехступенчатые редукторы применяют при передаточных отношениях 25…250. Трехступенчатые редукторы выполняют по развернутой схеме (рис. 1, д), аналогичной схеме на рис. 1, б, или по схеме (рис. 1, е) с раздвоенной промежуточной ступенью.

Конические редукторы применяют для передачи движения между валами, оси которых пересекаются под углом, как правило, равным 90º (рис. 1, ж).

Коническо-цилиндрические двухступенчатые редукторы (рис. 1, з) применяют при передаточных отношениях до 15.

По схемам на рис. 1 и другим выпускают серийные редукторы общего назначения.

Рис. 1. Схемы цилиндрических и конических редукторов.

Конструкция редуктора.

Рассмотрим конструкцию двухступенчатого коническо-цилиндрического редуктора (рис. 2).

Все детали редуктора размещены в корпусе, который состоит из основания корпуса 1 и крышки 2. Плоскость разъема расположена горизонтально и проходит через оси валов. Крышка крепится к основанию стяжными винтами 3 и болтами 4. Пружинные шайбы 5 препятствуют отвинчиванию винтов и болтов. Штифты 6 необходимы для надежной взаимной фиксации крышки и корпуса при обработке посадочных отверстий под подшипники и при последующих сборках.

Коническая шестерня быстроходной ступени 7 и цилиндрическая шестерня тихоходной ступени 8 выполнены заодно с соответствующими валами.

Коническое колесо быстроходной ступени 9 закреплено на валу в окружном направлении с помощью шпонки 10, а в осевом - буртиком вала и втулкой 11. Цилиндрическое колесо тихоходной ступени 12 закреплены на валу 13 в окружном направлении с помощью шпонки 14, а в осевом – буртиком вала и втулкой 31.

Опорами быстроходного вала являются радиально-упорные роликовые подшипники 15, установленные врастяжку в стакане 16. Гайка 17 необходима для регулирования подшипников 15, а шайба 18 – для стопорения гайки 17 относительно вала. Стакан 16 и прокладки 19 позволяют регулировать коническое зацепление. Подшипниковый узел закрыт накладной крышкой 20 с манжетным уплотнением 21. Крышка крепится к корпусу с помощью винтов 22.

Опорами промежуточного вала являются радиально-упорные роликовые подшипники 23, установленные враспор. Подшипники закрыты глухими накладными крышками 24, под фланцы которых установлены тонкие металлические пластины 25, необходимые для регулирования как подшипников, так и конического зацепления. Крышки крепятся к корпусу винтами 26.

Опорами тихоходного вала являются радиально-упорные роликовые подшипники 27, установленные враспор. Подшипники закрыты крышками 28, под фланцы которых установлены регулировочные пластины 29. Крышки крепятся к корпусу винтами 30.

Для осмотра зубьев зацепления и залива масла в крышке редуктора расположено смотровое окно, которое закрывается крышкой 32 с пробкой-отдушиной 33.

Масло сливается через отверстие в нижней части корпуса, закрываемое пробкой 35. Для контроля уровня масла предусмотрен круглый маслоуказатель 34.

Проушины 36 служат для транспортировки редуктора.

Отжимной винт 37 облегчает снятие крышки при разборке редуктора.

Крепление редуктора к раме или плите осуществляется резьбовыми деталями, которые устанавливаются в отверстия 38 фланцев основания.

Рис. 2. Редуктор коническо-цилиндрический двухступенчатый

Корпуса редукторов.

Корпус редуктора является опорой для деталей передач и служит для защиты зубчатых колес и подшипников от загрязнения, для размещения масляной ванны и для защиты масла от выброса его в окружающую среду.

Конструктивная форма корпуса определяется типом, размерами и относительным расположением деталей передач, способом смазки зацеплений и подшипников.

Работоспособность зубчатых зацеплений, подшипников и других узлов зависит от жесткости корпусных деталей. Требуемая жесткость достигается за счет оптимальной формы и размеров корпусных деталей, а также за счет рационального использования ребер жесткости. Как правило, ребра располагают в местах установки подшипниковых узлов.

Корпуса цилиндрических редукторов обычно имеют разъем в плоскости осей валов, благодаря чему обеспечивается удобная сборка редуктора. При сборке редуктора плоскость разъема покрывают пастой «герметик» для обеспечения плотности стыка.

Для соединения корпуса и крышки редуктора, а также для присоединения корпуса к основанию предусматривают фланцы.

Необходимые отверстия располагают в местах, удобных для механической обработки и легко доступных при эксплуатации. Расточку отверстий под подшипники в крышке и основании корпуса производят в сборе. С этой целью положение крышки относительно корпуса фиксируют двумя штифтами, расположенными на возможно большем расстоянии один от другого.

Корпуса редукторов обычно изготовляют методом литья из серых чугунов средней прочности СЧ15, СЧ20 и алюминиевых сплавов. При этом толщина стенок корпуса должна удовлетворять не только требованиям необходимой жесткости корпуса, но и требованиям технологии литья.

В единичном производстве и мелкосерийном корпуса могут быть выполнены сварными из листовой стали.

Зубчатые колеса.

Передача движения в зубчатых редукторах осуществляется колесами цилиндрическими прямозубыми, косозубыми, шевронными (рис. 3, а, б, в) или колесами коническими с прямыми, косыми (тангенциальными), круговыми зубьями (рис. 3, г, д, е).

Прямозубые колеса применяют при небольших (до 6 м/с) скоростях, небольших нагрузках, а также при необходимости осевого перемещения колес (в коробках передач).

Зубчатая передача косозубыми и шевронными колесами имеет большую нагрузочную способность, чем передача прямозубыми колесами, за счет увеличения длины линии контакта зубьев. Однако наклон зубьев вызывает появление дополнительной осевой силы, в связи с чем требуется фиксация валов от осевого смещения. Косозубые колеса выполняют с углами наклона зубьев β = 8º - 18º.

а) б) в)

г) д) е)

Рис. 3. Зубчатые колеса цилиндрические и конические

Шевронные колеса выполняют с углами наклона зубьев β = 25º- 45º. Колеса отличаются увеличенной шириной и более трудоемки в изготовлении. Осевые силы компенсируются противоположным направлением зубьев. Шевронные колеса применяют в тяжелонагруженных, высокоответственных передачах.

Зубчатые редукторы общего назначения изготовляют с колесами эвольвентного зацепления и зацепления Новикова (круговым профилем зубьев), которое по сравнению с эвольвентным зацеплением обладает большей нагрузочной способностью.

Основным параметром эвольвентного зубчатого зацепления является модуль m = p / π ,

где р – шаг – расстояние между одноименными профилями соседних зубьев, измеренное по дуге делительной окружности колеса.

На практике применяются модули стандартных значений (ГОСТ 9563-80), приведенные в таблице.

Таблица

1-й ряд	1; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 60; 80; 100 (мм)
2-й ряд	1,125; 1,375; 1,75; 2,25; 2,75; 3,5; 4,5; 5,5; 7; 9; 11; 14; 18; 22; 28; 36; 45; 55; 70 (мм)

Меньшее колесо зубчатой пары называется шестерней, а большее – колесом.

Шестерни часто выполняют заодно с валом (вал-шестерня). Такая конструкция отличается жесткостью, прочностью и технологичностью, что снижает ее стоимость. Недостатком является необходимость изготовлять вал из того же материала, что и шестерню, часто более качественного и дорогого, чем требуется.

В большинстве случаев зубчатые колеса изготовляют из углеродистых и легированных сталей.

Зубчатые колеса фиксируются на валах в окружном направлении посредством соединений вал - втулка (шпоночных, шлицевых, соединений с натягом). Данные соединения обеспечивают передачу вращающего момента от вала к колесу или от колеса к валу.

Фиксация колес в осевом направлении осуществляется с помощью буртиков валов, распорных втулок, пружинных колец, установочных винтов.

Зубчатые колеса, устанавливаемые на концах валов, можно крепить гайками или концевыми шайбами.

Валы.

Валы предназначены для размещения деталей и передачи вращающегося момента.

Валы редукторов конструируют гладкими и ступенчатыми (рис. 4). Ступенчатая форма вала упрощает сборку, позволяет рационально использовать металл за счет уменьшения размеров менее нагруженных участков, обеспечивая создание равнопрочных конструкций. Уступы вала служат для фиксации деталей в осевом направлении.

Гладкие валы имеют один номинальный диаметр, а отдельные участки отличаются допусками и шероховатостью поверхности.

Концевые участки валов делают цилиндрическими или коническими. Посадка деталей на конус обеспечивает легкость сборки и разборки, возможность создания любого натяга. Цилиндрические концы валов проще в изготовлении.

Рис. 4. Конструкции валов