labrab61

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Детали машин и ПТУ»

ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ РЕДУКТОР С КОСОЗУБЫМИ КОЛЕСАМИ

Методические указания к лабораторной работе № 6.1

Волгоград

2008

24

Цель работы. Ознакомление с конструкцией двухступенчатого цилиндрического зубчатого редуктора; определение геометрических параметров и выполнение проверочных расчетов зубчатых колес, исходя из условий прочности зубьев.

1. ЗУБЧАТЫЕ РЕДУКТОРЫ

Зубчатый редуктор – это механизм, служащий для уменьшения угловых скоростей и увеличения вращающих моментов. Редуктор соединяется с двигателем и рабочей машиной муфтами или другими разъемными устройствами. В корпусе редуктора размещены зубчатые или червячные передачи, неподвижно закрепленные на валах. Валы опираются на подшипники, размещенные в гнездах корпуса; в основном используют подшипники качения. Подшипники скольжения применяют в специальных случаях, когда к редуктору предъявляют повышенные требования по уровню вибраций и шума, при очень высоких частотах вращения или при отсутствии подшипника качения нужного размера.

Цилиндрические двухступенчатые редукторы обычно выполняют по развернутой, раздвоенной или соосной схеме с одним, двумя или тремя потоками мощности. Наиболее распространена развернутая схема (рис. 1).

Целесообразный срок службы зубчатых редукторов 10...50 тыс. ч в зависимости от условий применения.

Расчет редукторов состоит из расчета элементов зубчатых передач, валов, подшипников и теплового расчета (для быстроходных передач).

Широкое распространение получили мотор - редукторы, которые имеют меньшие габариты и вес.

1.1 Классификация редукторов

Редукторы классифицируются по типам, типоразмерам и исполнениям. Тип редуктора определяется составом передач, порядком их раз-

мещения в направлении от быстроходного вала к тихоходному и положением осей зубчатых колес в пространстве. Для обозначения передач используют большие буквы русского алфавита: Ц – цилиндрическая, П – планетарная, К – коническая, Ч – червячная, Г – глобоидная, В – волновая. Если одинаковых передач две или более, то после буквы ставится соответствующая цифра. Наиболее распространены редукторы с валами, расположения в горизонтальной плоскости. У червячных и глобоидных редукторов они скрещиваются, оставаясь горизонтальными. Этот основной тип специального обозначения не имеет. Если все валы расположены в одной вертикальной плоскости, к обозначению типа добавляется индекс В. Если ось тихоходного вала вертикальна, то добавляется индекс Т, если ось быстроходного вала вертикальна – индекс Б. Например КЦ2ВБ – трехступенчатый коническо – цилиндрический редуктор с одной конической и двумя цилиндрическими передачами, все валы ко-

3

торого расположены в вертикальной плоскости, причем ось быстроходного вала вертикальна, оси остальных валов горизонтальны.

В мотор – редукторах к обычному обозначению спереди добавляется буква М. Например МКЦ2ВБ означает мотор – редуктор на базе предыдущего редуктора.

Обозначение типоразмера редуктора складывается из его типа и главного параметра его тихоходной ступени. Для передач цилиндрической, червячной и глобоидной главным параметром является межосевое расстояние; планетарной – радиус водила, конической – диаметр внешнего делительного конуса колеса, волновой – внутренний посадочный диаметр гибкого колеса в недеформированном состоянии, совпадающий с наружным посадочным диаметром гибкого подшипника, если он применяется.

Под исполнениями понимают передаточное отношение, вариант сборки и формы концов валов. Если исполнение единственное, т. е. редуктор специальный, то оно в обозначение сборки не вводится.

Типоразмер редуктора с межосевым расстоянием тихоходной ступени 200 мм и передаточным отношением u = 63 будет обозначаться КЦ2ВБ – 200 – 63. Сборку редуктора обозначают по ГОСТ 20373 – 80.

Пример условного обозначения редуктора

Основная энергетическая характеристика редуктора – номинальный момент ТРАСЧ, представляющий собой допустимый крутящий момент на его тихоходном валу при постоянной нагрузке.

Критерием технического уровня редукторов является отношение массы редуктора к допустимому моменту на его тихоходном валу: γ = т/Т, где m в кг, T в Н·м. Его величина в наибольшей степени зависит от твердости зубчатых колес. У редукторов с цементованными и закаленными зубьями γ – 0,03...0,05 и имеет тенденцию к снижению.

Сегодня преобладающее применение в промышленности находят типовые редукторы типа Ч, 2Ч, Ч2 (червячные одно и двухступенчатые); ЗМП, 3П (мотор – редукторы и редукторы планетарные); МЦ2С, Ц2С (мотор – редукторы и редукторы цилиндрические соосные двухступенчатые); РМ, РЦД, Ц2У, Ц2Н, Ц2 (цилиндрические горизонтальные); КЦ1, КЦ2 (коническо – цилиндрические одно и двухступенчатые) и другие. Эти редукторы, разработанные в 50...80-е годы прошлого столетия, были заложены в конструкции многочисленных машин и ме-

4

ханизмов, которые применяются в действующих производствах до настоящего времени.

Вышеперечисленные редукторы характеризуются заметно пониженным техническим уровнем и являются неконкурентоспособными по сравнению с зарубежными аналогами.

Более совершенные редукторы и мотор – редукторы повышенной долговечности, надёжности и экономичности производит НТЦ "Редуктор" (г. Санкт-Петербург). Их отличия состоят в следующем:

-повышенная от 1,6 до 3-х раз долговечность (при одинаковых нагрузках);

-способность воспринимать повышенные в 1,4...2 раза нагрузки при одновременной повышенной сопротивляемости износу при полном сохранении их габаритных и присоединительных размеров;

-повышенный КПД (для червячных редукторов и мотор - редукторов);

-пониженный шум, на 4... 12 дБ (для зубчатых редукторов).

1.2 Техническая характеристика редуктора

В лабораторной работе изучается цилиндрический горизонтальный двухступенчатый редуктор типа 1Ц2У (рис. 1). Редукторы данного типа предназначены для применения в механизмах грузоподъемных машин, а также могут быть использованы для привода других машин в диапазоне передаточных чисел от 8 до 40 в повторно–кратковременных режимах нагружения. Редукторы рассчитаны для работы в следующих условиях: вращение валов в обе стороны; температура внешней среды от

– 40° С до + 50° С; неагрессивная среда, умеренная запыленность и влажность; частота вращения быстроходного вала – не более 1500 мин-1. Климатическое исполнение – У3 (умеренный климат, зона -3).

1.3 Конструктивное исполнение.

Редуктор состоит из корпуса 1 (см. рис. 1) с крышкой 2, соединенных между собой при помощи болтов у подшипниковых бобышек 3 и на боковых фланцах 4. В лабораторной работе крышка редуктора снята, а для фиксации валов и подшипников установлены дополнительные скобы, закрепленные болтами 3, которые заменяют крышку редуктора. Два установочных штифта 5 фиксируют крышку относительно корпуса и необходимы при механической обработке посадочных мест под подшипники в корпусе редуктора. С целью повышения жесткости подшипниковых узлов на корпусе и крышке редуктора имеются приливы – бобышки и ребра жесткости. Фланцы на верхней и нижней частях корпуса служат соответственно для крепления крышки редуктора и его крепления к раме с помощью болтов.

Внутри корпуса располагаются две пары зубчатых колес. Ведущие шестерни 6 и 7 на быстроходном (входном) и промежуточном валах вы-

5

27

28

Рис. 1. Общий вид редуктора

6

полнены заодно с валами (вал – шестерни), а зубчатые колеса 8 и 9 изготовлены отдельно и посажены на валы 10 и 11. При параллельных осях валов цилиндрические зубчатые колеса выполняют прямозубыми или косозубыми. Косозубые имеют следующие преимущества: бо'льшую нагрузочную способность, пониженный шум и бо'льшую быстроходность и поэтому предпочтительны в редукторах. Валы – шестерни и зубчатые колеса редуктора изготовлены из стали 40ХН по ГОСТ 4543-71, термообработка – улучшение и закалка ТВЧ до твердости соответственно HRCЭ 50 и HRCЭ 48. Твердость сердцевины НВ 285.

Валы, как правило, подвергают улучшению до твердости 270...300 НВ; валы с диаметрами до 80 мм допускается изготавливать из стали 45, валы с d = 80...125 мм – из стали 40Х, валы с d =125...200 мм – из сталей 45ХЦ, 40ХН, 35ХМ. Имеется тенденция применять гладкие валы одного диаметра с разными посадками. Тихоходный вал редуктора изготовлен из стали 45 ГОСТ 1050 – 88 (термообработка – улучшение) на твердость 285 НВ. Вращающий момент от колеса к валу передается при помощи призматических шпонок 12. Такие же шпонки 13 установлены на хвостовиках входного и выходного валов. Входной (быстроходный) и выходной (тихоходный) валы выступают из редуктора для соединения с двигателем и исполнительным механизмом. На эти участки валов, называемые хвостовиками, могут устанавливаться муфты, шкивы, зубчатые колеса открытой передачи, звездочки цепной передачи и др. Например, на хвостовике быстроходного вала представленного редуктора установлена полумуфта 14 упругой втулочно-пальцевой муфты типа МУВП с исполнением в виде тормозного шкива. Выходные участки валов (хвостовики) могут выполняться в различных вариантах (рис. 4): цилиндрическими (Ц) или коническими (К), в виде части зубчатой муфты (М) или для присоединения командоаппарата (КА). Расположение их относительно корпуса редуктора также различается (см. варианты сборки на рис. 2). Для стопорения деталей от осевого смещения в изучаемой конструкции редуктора 1Ц2 используется резьбовой участок хвостовика с гайкой 15 и стопорной шайбой 16 (рис. 1 и 4). В качестве варианта стопорения на концах валов может также использоваться концевая шайба со штифтом и винтом (рис. 4в). Для стопорения зубчатых колес на валах их конструкция делается ступенчатой с распорными втулками (рис. 1).

Опоры валов редукторов, как правило, выполняют в виде подшипников качения. Подшипники скольжения в настоящее время применяют только при очень стесненных диаметральных габаритах (в планетарных передачах). При углах наклона зубьев косозубой передачи β > 12о применяют шариковые радиально – упорные или роликовые конические подшипники. Основным типом подшипника для фиксированных в осевом направлении валов следует считать конический роликоподшипник. Если расстояние между опорами невелико, применяют установку подшипников «враспор» (рис. 1). При больших расстояниях между опорами вал фиксируют от осевых перемещений в одной опоре, воспринимаю-

7

щей также осевые нагрузки, если они имеются, а вторую опору выполняют «плавающей». В тяжелых редукторах иногда приходится ставить по два подшипника в опоре. При отсутствии необходимости точного осевого фиксирования валов целесообразно применять нерегулируемые подшипники, в частности, при умеренных нагрузках радиальные шарикоподшипники.

Валы редуктора 1Ц2У опираются на подшипники качения 17 – роликовые конические однорядные ГОСТ 27365–87 (№ 7306А, № 7307А, № 7311А), установленные «враспор». Подшипниковые узлы закрываются крышками. Крышки подшипниковых узлов могут выполняться приворачивающимися или врезными (закладными). Регулировку зазоров в подшипниках и степени точности в зацеплении по пятну контакта можно осуществлять с помощью тонких металлических прокладок, устанавливаемых под приворачивающуюся крышку подшипника, или дистанционных колец между подшипником и крышкой при врезных крышках. В данном редукторе для регулировки зацепления и зазоров в роликовых конических подшипниках используются врезные крышки 18 с регулировкой винтами 19, которые через нажимные регулировочные шайбы 20 и дистанционное кольцо 21 воздействуют на наружное кольцо конического подшипника. Винт 19 зафиксирован от отворачивания скобой 22, установленной в одно из его отверстий и закрепленной винтом 23 в крышке корпуса. Для защиты подшипников от попадания пыли и грязи, а также для предупреждения утечки смазки из корпуса редуктора, подшипниковые узлы закрываются крышками, а на входном и выходном валах крышками с уплотнениями. В качестве уплотнений для концов валов могут использоваться манжеты, канавки, войлочные кольца. В особо ответственных машинах используются лабиринтные, торцевые уплотнения. В данной конструкции редуктора применяются закладные (врезные) крышки глухие 18 и врезные сквозные 24 с манжетными уплотнениями 25 на хвостовиках входного и выходного валах. Крышки подбирают по наружному диаметру подшипника, манжетное уплотнение – по диаметру вала.

При окружных скоростях на зубчатых колесах до 12,5 м/с, применяют преимущественно картерное смазывание зацепления: в картер заливают масло, образующее масляную ванну. Зубчатые колеса рекомендуют погружать в масло на глубину 4...5 модулей. Тихоходные колеса при необходимости допустимо погружать на глубину до 1/3 диаметра колеса. При малых V < 1,2 м/с и высоких V > 12,5 м/с окружных скоростях колес или неудовлетворительных условиях смазки применяют струйное смазывание. Масло, прокачиваемое насосом, проходит через фильтр, а при необходимости через охладитель, и подводится через сопло, а на широкие колеса – через распределители (трубки с отверстиями), обеспечивающие равномерное распределение масла по длине зубьев.

Вязкость масла выбирают тем выше, чем больше нагрузка и мень-

8

ше скорость. Наибольшее применение имеют средние минеральные индустриальные масла с вязкостью ν50 = 30...60 мм2/c. Имеются тенденции повышения вязкости масел. Для особо быстроходных и легких передач в целях уменьшения потерь на трение применяют масло И-Л-А-22 и менее вязкие масла. В тяжелых тихоходных редукторах при V <15 м/с используют тяжелые индустриальные масла.

Смазывание подшипников качения редуктора осуществляется погружением или разбрызгиванием масла зубчатыми колесами (масляным туманом). Масло попадает в подшипники непосредственно или через маслосборные желобки. Для сохранения в подшипнике небольшого запаса масла полезно предусматривать козырьки. Если смазывание разбрызгиванием неприменимо, например, из-за малых окружных скоростей зубчатых колес (менее 1 м/с) или наличия в масляной ванне продуктов изнашивания, применяют пластичную смазку. Для смазки подшипников качения консистентной смазкой (ЦИАТИМ, ЛИТОЛ, СОЛИДОЛ), они устанавливаются в стаканы. Стаканы также облегчают ремонт редуктора при износе посадочного места подшипника. При этой смазке предусматривают некоторое пространство для заполнения смазкой и маслоудерживающие шайбы. При больших частотах вращения и нагрузках применяют принудительное смазывание от общей системы.

Для контроля уровня масла в редукторе могут использоваться: жезловый, круглый, трубчатый, крановый маслоуказатели, или пробка с резьбой (цилиндрической или конической). Уровень масла в данном редукторе контролируют по резьбовой пробке 27. Для замены отработанного масла внизу корпуса имеется маслоспускное отверстие, закрываемое пробкой 25 с конической резьбой. Масло в картер редуктора заливается через заливное отверстие в крышке редуктора, закрываемое резьбовой пробкой 28 с отдушиной. Для предупреждения утечки масла по плоскости разъема корпуса редуктора она уплотняется пастой – герметиком.

Корпуса редукторов выполнен c плоскими наружными стенками и с внутренним расположением фланцев, ребер, бобышек, болтов в карманах (рис. 1). Корпуса редукторов выполняют литыми из серых чугунов СЧ 15 и СЧ 20 или алюминиевых сплавов. В единичном и мелкосерийном производствах корпуса выполняют сварными из листовой стали. Корпус редуктора 1Ц2У отлит из чугуна СЧ 20 ГОСТ 1412 – 85.

1.4 Основные параметры и размеры

Редукторы 1Ц2У выполняются по одному из вариантов сборки, представленных на рис. 2.

Номинальный крутящий момент выходного вала (ТВЫХ РАСЧ), передаточные числа редуктора, максимальная частота вращения быстроходного вала приведены в табл. П.9.

Габаритные и присоединительные размеры редукторов приведены на рис. 3 и в табл. П.9, размеры концов валов — на рис. 4 и табл. П.9.

9