Внеаудиторная подготовка к выполнению работы

В процессе подготовки студент должен изучить разделы курса "Прикладная механика", касающиеся выполнения данной работы, по рекомендованным учебникам, а также по конспектам лекций.

Пользуясь настоящим методическим пособием, студент должен:

3.1 Уяснить цель работы, её содержание и порядок выполнения.

3.2 Выписать в тетрадь расчётные формулы (см. ниже).

3.3 Подготовить бланк отчёта (по форме, представленной в приложение
А, 25), где необходимо:

а) указать цель работы;

б) начертить кинематическую схему редуктора;

в) выполнить эскизы зубчатого колеса, подшипникового узла, элементов
корпуса с указанием замеряемых размеров;

г) составить и заполнить таблицу характеристики зацепления.

3.4 Подготовить ответы на вопросы приведённые на странице 23
(количество вопросов по указанию преподавателя).

Общие положения

Передаточные механизмы (ПМ) в виде редукторов, коробок скоростей, вариаторов и мультипликаторов нашли широкое применение в современном машиностроении: станках, автомобилях, сельскохозяйственных машинах, кранах, транспортирующих устройствах, буровом оборудовании и во многих областях техники.

В данных методических указаниях рассматривается цилиндрический двухступенчатый зубчатый редуктор.

Редуктором называется механизм, состоящий из одной или нескольких передач зацеплением, смонтированных в едином закрытом корпусе (картере), предназначенный для редуцирования параметров движения - понижения угловой скорости ω (частоты вращения n) и повышения вращающего момента на исполнительном (рабочем) валу агрегата. Основной кинематической характеристикой передачи является передаточное число u =ω1/ω₂ и равно отношению чисел зубьев колеса Z₂ и шестерни Z1 (u =Z₂ /Z1). Для редуктора Z₂>Z1 и соответственно u >1. Если редуктор состоит из нескольких передач, то передаточное число редуктора определяется перемножением передаточных чисел каждой последовательно расположенной передачи.

Подобный механизм может выполнять и обратную задачу - повышать угловую скорость и понижать вращающий момент на рабочем валу. Тогда этот механизм относится к мультипликаторам, Z₂<Z1 и соответственно u <1.

Внешние характеристики редукторов каждого типа определяются следующими основными параметрами: передаточным отношением (частотой вращения выходного вала) - кинематической характеристикой; вращающим моментом и допускаемой консольной нагрузкой на выходном валу - силовой характеристикой редуктора; коэффициентом полезного действия (КПД).

Из зубчатых редукторов наиболее часто используются цилиндрические редукторы благодаря широкому диапазону передаваемых ими мощностей, малых габаритов, высокой долговечности и КПД, простоте изготовления и обслуживания.

В свою очередь из цилиндрических редукторов наиболее распространены двухступенчатые трёхосные редукторы, валы которых находятся в горизонтальной плоскости. Редукторы с последовательным расположением ступеней (рисунок 1а) наиболее просты, однако несимметричное расположение колёс относительно опор приводит к повышению концентрации нагрузки по длине зубьев. Поэтому такие редукторы требуют жёстких валов.

Для улучшения условий работы зубчатых колёс применяют редукторы с раздвоенной быстроходной ступенью (рисунок 1б). Хотя этот вариант сложнее технологически и требует некоторого увеличения осевого размера редуктора, однако, вследствие симметричного расположения колёс позволяет добиться более равномерного распределения нагрузки по ширине зубчатого венца наиболее нагруженной тихоходной ступени и уравновешивания сил в косозубых передачах раздвоенной ступени. Для обеспечения равномерного

распределения нагрузки между параллельно работающими передачами на быстроходной ступени, промежуточный вал (средний) или вал шестерни устанавливаются на подшипниках, допускающих смещение вдоль оси и самоустановку раздвоенной ступени. Тихоходная ступень может быть прямозубой, косозубой или шевронной.

Рисунок 1 - Наиболее распространенные кинематические схемы цилиндрических двухступенчатых редукторов

Кроме того, из двухступенчатых цилиндрических редукторов находят применение соосные зубчатые редукторы (рисунок 1в). Они имеют малые габариты по длине и в них легко достигается одинаковое погружение колёс в масляную ванну. Однако, вследствие необходимости размещения некоторых подшипников внутри корпуса у этих редукторов увеличен размер в осевом направлении и усложнена конструкция корпуса. Помимо этого наблюдение и контроль состояния внутренних подшипников в эксплуатации затруднены.

Конструктивное оформление двухступенчатого зубчатого редуктора с последовательным расположением валов показано на рисунках 2 и 3.

1 - основание корпуса; 14 - игла масломерная

2 - крышка корпуса; (маслоуказатель);

3 - болты стяжные; 15 - пробка для слива масла;

4 - гайки крепёжные; 16 - уплотнение вала;

5 - штифты конические; 17 - зубчатое колесо для смазки

6 - смотровая крышка; быстроходной ступени;

7 - отдушина; 18 - шпонка призматическая;

8 - быстроходный (ведущий) вал; 19 - винт отжимной;

9 - промежуточный вал; 20 - проушины грузовые;

 

10 - тихоходный (ведомый) вал; 21 - нижний пояс основания редуктора

11 - подшипники качения; с отверстиями;

12 - крышка подшипника глухая; z1-z₂ - быстроходная косозубая

13 - крышка подшипника зубчатая пара;

сквозная; z₃-z₄ - тихоходная косозубая зубчатая

пара.

Корпус редуктора с целью облегчения сборки изготовлен в виде разъёмной (по осям валов передач) коробки. Он состоит из нижней части 1, называемой основанием, и верхней 2 - крышки. Разъём корпуса выполнен горизонтальным. Корпус и крышка соединяются болтами 3, поставленными с зазором в отверстия специальных фланцев и гайками 4 (возможно соединение винтами и шпильками с гайками). Взаимное положение крышки и корпуса фиксируется коническими (реже цилиндрическими) штифтами 5. В верхней части крышки имеется смотровое окно (люк), через которое производится наблюдение за состоянием зубчатых колёс передачи, а также заливается масло. Люк закрывается крышкой 6, имеющей отдушину 7, предназначенную для выравнивания давления внутри корпуса по отношению к наружному. При отсутствии отдушины нагретый воздух при эксплуатации редуктора будет выдавливаться вместе с маслом (вследствие избыточного давления) через уплотнения и на корпусе образуются масляные подтёки, отдушина также необходима для полного слива масла из редуктора. Внутри корпуса размещены две косозубые пары: быстроходная Z1-Z₂ и тихоходная Z₃-Z₄. Каждая пара состоит из шестерни (меньшего зубчатого колеса) и колеса.

Рисунок 2 - Конструкция редуктора с последовательным расположением валов

Рисунок 3

В изучаемом редукторе имеется три вала, расположенных последовательно: быстроходный (ведущий) 8, промежуточный 9 и тихоходный (ведомый) 10. Плоскость разъёма корпуса проходит по осям валов. В опорах всех валов передач: быстроходного 8, промежуточного 9 и тихоходного 10 применены подшипники качения 11, расположенные в отверстиях приливов (бобышек) корпуса и крышки. Назначение опор - фиксировать и удерживать вращающиеся детали в нужном, для правильной работы механизма, взаимном положении.

При работе в зубчатом зацеплении возникает сила нормального давления F_n, которая для косозубого зацепления может быть задана тремя взаимно перпендикулярными составляющими: окружной F_t, радиальной F_r, осевой F_a силами (рисунок 4), а для прямозубого только F_t и F_r. Заметим, что на рисунке 4 показаны, кроме того, угловые скорости ведущего и ведомого валов (ω1 и ω2) и вращающие моменты (T1 и T₂) этих валов.

Все силы с вращающихся деталей передаются неподвижному корпусу через подшипники качения. В рассматриваемом редукторе могут использоваться радиальные шарикоподшипники, либо роликоподшипники (последние воспринимают радиальную и значительную осевую нагрузку). На торец кольца подшипника наносят маркировку в виде ряда цифр и букв. Заметим, что на маркировке две первые цифры справа обозначают внутренний диаметр d подшипника. Эти цифры, умноженные на 5 дают d (для подшипников с d=20 - 495 мм). Третья цифра справа обозначает серию подшипников. Особо лёгкая серия обозначается цифрой 1, лёгкая - 2, средняя - 3, тяжёлая - 4 и т.д. Четвёртая цифра справа указывает тип подшипника: 0 - радиальный шариковый однорядный, 1 - шариковый двухрядный сферический, 2-с короткими цилиндрическими роликами, 3 - роликовый двухрядный со сферическими роликами и т.д. Пятая и шестая цифры справа обозначают отклонение конструкции подшипника от основного типа (например буртик или кольцевая проточка на наружном кольце). Седьмая цифра справа обозначает серию ширины подшипника. Цифры 2,4,5,6, стоящие через тире впереди слева цифр условного обозначения подшипника, указывают его класс точности, в порядке её понижения. Приведённая упрощённая расшифровка маркировки подшипников является далеко не исчерпывающей, т.к. слева и справа от условного обозначения подшипника могут располагаться дополнительные знаки, характеризующие изменение металла элементов подшипника, специальные технологические требования и т.д. Снаружи подшипники закрыты закладными (врезными) крышами: глухими 12 и сквозными (с отверстиями для прохода вала) 13. Эти крышки входят своими кольцевыми выступами в соответствующие канавки в отверстиях корпуса редуктора, что обеспечивает их осевую фиксацию.

 

 

Корпус одновременно служит резервуаром для масла. Для контроля уровня масла предусмотрен масломерная игла 14, а для его слива - отверстие, закрываемое пробкой 15 с цилиндрической или конической резьбой. В редукторе применяется картерный способ смазки: смазка зубьев осуществляется окунанием зубчатого колёса тихоходной ступени и с помощью зубчатого колеса 17 для смазки быстроходной ступени, смазка подшипников за счёт разбрызгивания масла зубчатыми колёсами. Для защиты от загрязнения извне и предотвращения вытекания масла через зазоры между валами и сквозными крышками подшипниковые узлы снабжаются внешними уплотнительными устройствами 16. В редукторах могут применяться: контактные манжетные (рисунок 5а), щелевые (рисунок 5б), лабиринтные (рисунок 5в) и друге типы уплотнений. Маслоотбойные кольца предусматриваются для подшипников, смазываемых консистентными мазями и для защиты подшипников изнутри от попадания продуктов износа, зубьев колёс, а также избытков масла, например при расположении подшипника вблизи косозубой шестерни или червяка.

Резьбовые отверстия в основании корпуса (могут быть и в крышке) служат для отжимных болтов 19, с помощью которых разъединяется крышка и основание редуктора. Проушины 20 с отверстиями предназначены для подъёма и транспортировки крышки и редуктора в собранном виде с помощью строп и электротали, а отверстия в нижнем поясе

21, а отверстия в нижнем поясе 21 основания редуктора - для закрепления редуктора на раме. Плоскость разъёма

и

 

редуктора и кольцевые выступы закладных крышек с целью обеспечения герметичности покрывают тонким слоем пасты "герметик", бакелитового или шеллачного лака. Прокладку в плоскости разъёма не ставят, т.к. это приводит к искажению цилиндрической формы отверстий под подшипники. Внутренние и наружные поверхности редуктора, необработанные поверхности зубчатых колёс, крышек подшипников, маслоотбойные кольца окрашивают масло- и атмосферостойкой эмалью.

Каждая зубчатая пара, как уже отмечалось, состоит из шестерни и колеса. В данном редукторе шестерни выполнены как одно целое с валом, а зубчатые колёса - насадные. Шестерни могут быть выполнены и насадными на вал. Передача вращающего момента от колеса к валу осуществляется с помощью призматической шпонки 18.

Межосевые расстояния а_w, мм, для ограничения номенклатуры корпусных деталей редукторов, принимают из стандартных рядов (таблица 1).

Таблица 1 - Стандартные межосевые расстояния ГОСТ 2185-66

 

1-ый ряд	(предпочтительный)	40 200	50 250	63 315	80 400	100 500	125 630	160 800
2-ой ряд

Основным геометрическим параметром, через который выражаются все размеры венцов зубчатых колёс, является модуль зацепления m. Это линейная величина в π раз меньше шага зубьев p по делительной окружности; m = p. С

другой стороны m = d, где d - делительный диаметр колеса, z - число зубьев. Различают модуль нормальный m_n и

окружной m_t, соответственно, в нормальном n-n и торцевом t-t сечении колёс (см. рисунок 6).

Величина "модуль" введена для того, чтобы исключить иррациональность (число π) в значениях диаметров колёс (прямозубых), межосевого расстояния и др. размеров. Так как для нарезания зубчатых колёс каждого модуля необходимо соответствующий инструмент, то нецелесообразно выбирать произвольное значение модуля. С целью сокращения номенклатуры режущего инструмента значения применяемых модулей ограничены стандартом ГОСТ 9563-80 (СТ СЭВ 310-75). Для косозубых цилиндрических колёс стандартными назначают нормальные модули (эти колёса