Искусство
Языки
Языкознание
Вычислительная техника
Информатика
Финансы
Экономика
Биология
Сельское хозяйство
Психология
Ветеринария
Медицина
Юриспруденция
Право
Физика
История
Экология
Промышленность
Энергетика
Этика
Связь
Автоматика
Математика
Электротехника
Философия
Религия
Логика
Химия
Социология
Политология
Геология
Методичка детали З.Ю.М.. Основы конструирования деталей и сборочных единиц передач
 Скачать 1.7 Mb.
|
                    ЧЕЛЯБИНСКИЙ ВОЕННЫЙ АВТОМОБИЛЬНЫЙ ИНСТИТУТимени главного маршала бронетанковых войск П.А. Ротмистрова Кафедра прикладной механики Ю. М. Землянский ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ И СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ ПЕРЕДАЧ Учебное пособие к курсовому проектированию по деталям машин Челябинск 2002 Землянский Ю.М. Основы конструирования деталей и сборочных единиц передач: Учеб. пособие к курсовому проектированию по деталям машин. - Челябинск: ЧВАИ, 2003. 96 с. В пособии дана методика конструирования узлов и деталей машин общего применения в объеме учебного задания высшего военно-учебного заведения со специализацией 150203 – Эксплуатация и ремонт военной автомобильной техники. Содержит необходимый справочный материал и иллюстрации. Материал пособия размещен в последовательности, обеспечивающей оптимальную работу курсанта над выполнением графической части комплексной инженерной задачи ― курсового проекта. Приведены рекомендации по оформлению конструкторской документации, организации выполнения и защиты курсового проекта Допущено ученым советом института в качестве учебного пособия для курсантов высшего военно-учебного заведения со специализацией 150203 – Эксплуатация и ремонт военной автомобильной техники. Протокол № от 2003г. ВВЕДЕНИЕ Технический уровень многих отраслей, в том числе военно-промышленного комплекса и автомобилестроения, в значительной мере определяется уровнем развития машиностроения. Повышение эксплуатационных показателей машин, их надежности и долговечности является главной тенденцией современного машиностроения, которая реализуется в процессе проектирования. «Детали машин» являются расчетно-конструкторским курсом, в котором изучаются основы проектирования машин и механизмов. Курсовой проект по деталям машин – первая самостоятельная творческая работа по решению комплексной задачи проектирования. Каждая конструкторская задача, как правило, имеет несколько решений. Опираясь на имеющиеся теоретические знания и практический опыт, конструктор должен выбрать из многих возможных решений одно, наилучшее. Однако ограниченный объем учебного времени не позволяет курсанту в полной мере реализовать многовариантный, оптимизационный метод конструирования. Цель настоящего учебного пособия – на примере ограниченного числа конструктивных типовых решений, отражающих современный уровень машиностроения, дать курсантам начальные знания по конструированию деталей машин. Учебное пособие содержит рекомендации [1–8] и минимум необходимой информации, в том числе справочного характера, нужные для самостоятельного выполнения конструкторской части курсового проекта. Структура и содержание пособия отвечают порядку работы над проектом и способствуют сокращению времени на поиск нужного материала. Знания и опыт, приобретенные курсантами при выполнении этого проекта, являются базой для выполнения курсовых проектов по специальным дисциплинам и дипломному проектированию. 1. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ И ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ МЕХАНИЗМОВ Под проектированием обычно понимают процесс разработки общей конструкции изделия. Конструирование включает детальную дальнейшую разработку всех вопросов, решение которых необходимо для воплощения принципиальной схемы в реальную конструкцию. Документация, получаемая в результате проектирования и конструирования, носит единое название – проект. Получив техническое задание, содержащее формулировки основного назначения изделия и краткие технические требования к нему, курсант выполняет кинематический и силовой, проектировочный и проверочные расчеты привода, оформляя их в виде первой редакции пояснительной записки. После согласования с руководителем проекта полученных результатов расчета курсант приступает к разработке эскизного проекта. Эскизный проект выполняется на миллиметровой бумаге, как правило, в масштабе 1:1 и служит для определения расположения деталей передачи, расстояния между ними, ориентировочных диаметров ступеней валов, а также выбора типа подшипников и схемы их установки. Он служит основанием для разработки технического проекта. При выполнении стадии технического проекта курсант разрабатывает сборочный чертеж редуктора, общий вид привода и два рабочих чертежа деталей (вал и зубчатое колесо); разрабатывает рабочую документацию. Перечисленные работы оформляются в виде окончательной редакции пояснительной записки с необходимыми расчетами, таблицами, схемами и эскизами, графической части. Конструирование изделий независимо от того, выполняется оно курсантом высшего военно-учебного заведения или опытным инженером, - процесс творческий. Каждая конструктивная задача, как правило, имеет много решений. Опираясь на имеющиеся теоретические знания и практический опыт, конструктор должен выбрать из многих возможных решений одно, наилучшее. При конструировании изделий одновременно должны решаться две основные задачи: а) создание изделия, в полной мере отвечающего эксплуатационным требованиям; б) создание изделия технологичного в изготовлении и экономичного в эксплуатации. Обучающийся конструированию должен знать, что форма, размеры и точность многих деталей и сборочных единиц общего применения стандартизованы. Поэтому изучение стандартов, приобретение навыков их применения являются одной из важных задач курсового проектирования деталей машин. Приступая к конструированию изделия, необходимо руководствоваться следующими положениями и требованиями: 1. Исходным документом является техническое задание, отступление от которого без согласования с преподавателем-консультантом (а в условиях производства с заказчиком) недопустимо. 2. Важной задачей является получение гармоничной конструкции, т. е. все детали и сборочные единицы изделия должны обладать одинаковой степенью соответствия требованиям надежности, точности, жесткости, прочности, художественного конструирования и др. 3. Конструируемое изделие должно иметь рациональную компоновку сборочных единиц, обеспечивающую наименьшие габариты, удобство сборки, регулировки, замены деталей или сборочных единиц при ремонте (ремонтопригодность). 4. Выбор материалов и термической обработки должен быть обоснован. Физико-механические свойства материалов и их термическая обработка должны обеспечивать работоспособность деталей при их минимальной массе и габаритах. Выбранный материал должен отвечать технологическим и экономическим требованиям. 5. Использовать унифицированные, т. е. одинаковые, сборочные единицы детали. Унификация, как и стандартизация, обеспечивает снижение себестоимости изделия. При конструировании единичного изделия, что имеет место при курсовом проектировании, возможности унификации ограничены и сводятся к использованию деталей, применяемых в других изделиях массового производства. 6. Обеспечивать точность изготовления детали посредством назначения предельных отклонений на размеры, форму, взаимное расположение и шероховатость поверхностей. Например, на посадочные места подшипников, участки вала в месте сопряжения контактных уплотнений, рабочие поверхности зубьев колес и шлицев и т. п. На поверхности, по которым в процессе работы контакт с другими деталями отсутствует, предельные отклонения должны назначаться по пониженным квалитетам точности. 7. Конструкция должна иметь смазочную систему. При этом особое внимание необходимо уделять правильному подбору смазочного материала, учитывая условия работы изделия - температуру, вид нагрузки и др. 2. ОБЗОР КОНСТРУКЦИЙ РЕДУКТОРОВ В машиностроении накоплен значительный опыт проектирования, производства и эксплуатации различных передач. Процесс проектирования передач, как правило, начинается с обзора уже существующих работоспособных конструкций и подбора среди них подходящего аналога. В дальнейшем выбранный аналог дорабатывается с учетом требований, предъявляемых к конкретному разрабатываемому устройству. Такой путь позволяет, сохранив достоинства и предусмотрев недостатки известных конструкций, существенно сократить трудозатраты на разработку нового устройства. Поэтому прежде чем приступить непосредственно к проектированию передач, рассмотрим их конструкции. Рис. 2.1. Редуктор цилиндрический одноступенчатый с шевронными колесами: 1 – корпус; 2 – крышка; 3 – зубчатое колесо; 4 – вал; 5 – подшипник; 6 - уплотнение Зубчатые редукторы – это механизмы, служащие для понижения угловых скоростей и увеличения крутящих моментов и выполняемые в виде отдельных агрегатов. Редукторы широко применяют в различных областях машиностроения, особенно в подъемно-транспортном, металлургическом, химическом машиностроении, автомобилестроении, судостроении и т. д. Редуктор (рис. 2.1) состоит из корпуса 1 с крышкой 2, зубчатых колес 3, валов 4, подшипниковых опор 5, уплотнительных устройств 6, элементов систем смазки вентиляции. Как правило, различные редукторы имеют сходную конструкцию многих сборочных единиц. Редукторы классифицируются по типам, типоразмерам и исполнениям. Т и п редуктора определяется составом передач, порядком их размещения в направлении от быстроходного вала к тихоходному и положением осей валов в пространстве. 2.1. Зубчатые редукторы Наиболее распространенные типы зубчатых редукторов показаны на кинематических схемах (рис. 2.2), где входной (быстроходный) вал обозначен Б, а выходной (тихоходный) – Т. Ц и л и н д р и ч е с к и е р е д у к т о р ы. Самый простой одноступенчатый цилиндрический зубчатый редуктор (рис. 2.2, а) применяют при передаточном числе u ≤ 8. Наиболее распространенной схемой двухступенчатых редукторов является развернутая (рис. 2.2, б). В ней каждая ступень состоит из одной пары зубчатых колес. Преимущество этой схемы: малая ширина редуктора и высокая технологичность изготовления. Недостаток конструкции заключается в том, что вследствие несимметричного расположения зубчатых колес относительно опор подшипники нагружены неравномерно; в результате деформаций изгиба и кручения валов возникает повышенная концентрация нагрузки по длине зубьев. Поэтому такие редукторы требуют жестких валов. Для передачи момента от ведущего вала к ведомому, имеющих одну общую ось, применяют соосную схему редуктора (рис. 2.2, в). Соосные редукторы имеют меньшие габариты по длине, позволяют получить более высокое передаточное число и в ряде случаев более удобную компоновку машины в целом. Для улучшения условий работы зубчатых колес и получения равномерной нагрузки на подшипники применяют редукторы с раздвоенной быстроходной парой (рис. 2.2, г). Для обеспечения равномерной нагрузки обеих зубчатых пар быстроходной ступени их делают косозубыми. Колеса одной пары имеют левые зубья, а колеса другой пары – правые зубья. Один из валов редуктора должен допускать осевую самоустановку. Деформации валов тихоходной ступени не вызывают какой-либо существенной концентрации нагрузки по длине зубьев вследствие симметричного расположения колес. Редукторы с раздвоенной ступенью более компактны, имеют массу на 20 % меньше, чем редукторы с развернутой схемой, однако их изготовление более трудоемко. Область применения этой схемы - машины, работающие с большими перегрузками. Для передачи очень больших вращающих моментов применяются многопоточные редукторы (рис. 2.2, д). В них за счет разделения силового потока уменьшается нагрузка на зубья, радиальный габарит и масса редуктора по сравнению с однопоточным редуктором. Однако многопоточные редукторы значительно сложнее конструктивно, чем обычные редукторы, так как требуют устройств для выравнивания нагрузки между потоками или высокой точности изготовления. Рис. 2.2. Кинематические схемы зубчатых редукторов: а – одноступенчатый цилиндрический; б – двухступенчатый цилиндрический; в – соосный; г – с раздвоенной быстроходной ступенью; д – многопоточный; е – коническо-цилиндрический; ж – планетарный; з - волновой з – волновой. г д е ж з а б в К о н и ч е с к и е р е д у к т о р ы. При необходимости взаимной перпендикулярности входного и выходного валов и небольшом передаточном отношении (u ≤ 6,3) применяют конические редукторы, а при больших передаточных отношениях – комбинированные коническо-цилиндрические редукторы (рис. 2.2, е). Конические передачи сложнее цилиндрических в изготовлении и сборке. Для нарезания зубьев конических колес требуются специальные станки и инструмент, а при сборке редуктора необходимо обеспечить совпадение вершин конусов. Поэтому для обеспечения совпадения вершин конусов вводят регулирование осевого положения колес во время сборки. Точность положения конических колес контролируют по расположению пятна контакта. Из условия компоновки редуктора коническую шестерню обычно размещают на консоли ведущего вала, что ухудшает равномерность распределения нагрузки по длине зуба. Коническую пару в многоступенчатых передачах целесообразно компоновать в качестве быстроходной как имеющей более низкую нагрузочную способность. При такой компоновке осевые нагрузки на опоры конической пары меньше. Если редуктор нереверсивный, то цилиндрическую пару делают косозубой. При этом направление зубьев согласуют с направлением вращения колес так, чтобы осевые силы на промежуточном вале от конической и цилиндрической зубчатых пар были направлены в противоположные стороны. П л а н е т а р н ы е и в о л н о в ы е р е д у к т о р ы. Ранее были рассмотрены редукторы с простыми зубчатыми передачами, у которых оси зубчатых колес неподвижны. Передачи, включающие зубчатые колеса с перемещающимися осями, называют планетарными (рис. 2.2, ж). Сателлиты q обкатываются по центральным колесам (солнечному – a и эпициклическому – b), имеющим внешнее или внутреннее зацепление. Оси сателлитов закреплены в водиле hи вращаются вместе с ним вокруг центральной оси. Планетарные зубчатые редукторы по сравнению с простыми зубчатыми отличаются большей компактностью и меньшей массой при одинаковых передаточных отношениях и вращающих моментах на выходных валах. Эти преимущества объясняются следующими причинами: а) распределением нагрузки между сателлитами, благодаря чему нагрузки на зубьях уменьшаются в несколько раз; б) большим передаточным отношением в одной ступени, что часто позволяет не прибегать к сложным многоступенчатым передачам; в) наличием внутреннего зацепления, обладающего повышенной несущей способностью; г) меньшей нагруженностью валов, так как при симметричном расположении сателлитов входные и выходные валы нагружены только вращающим моментом и опоры этих валов разгружены от радиальных нагрузок. Зато планетарные передачи требуют повышенной точности изготовления, имеют, как правило, большее число деталей и сложнее в сборке, чем передачи с неподвижными осями. Волновая передача (рис. 2.2, з) состоит из трех основных звеньев: неподвижного жесткого колеса b с внутренними зубьями, гибкого колеса q, представляющего собой упругий тонкостенный стакан, основание которого соединено с ведомым валом (на образующей открытого торца гибкого колеса выполнен зубчатый венец), и генератора волн h, деформирующего в радиальном направлении гибкое колесо. Разновидность волновых редукторов определяется, главным образом, конструкцией генератора и гибкого колеса. Генераторы волн часто выполняют в виде кулачка с гибким подшипником или двух дисков, установленных на эксцентриковом валу. Конструкции гибких колес волновых редукторов бывают в виде стакана, трубы и кольца. Передаточное отношение волнового редуктора i = 80…300 и более. Это основной качественный показатель волновых передач, выгодно отличающий их от других зубчатых передач, в том числе и планетарных. К тому же отметим, что в зацеплении у волновой передачи находится одновременно 25...30 % зубьев от общего числа зубчатой пары колес. Это обеспечивает высокую кинематическую точность и нагрузочную способность на единицу массы. Однако малая долговечность гибкого колеса ограничивает область применения передачи преимущественно приводами кратковременного действия. 2.2. Червячные редукторы Червячные редукторы применяются для передачи движения между перекрещивающимися валами. По относительному положению червяка и червячного колеса различают две основные схемы червячных редукторов: с нижним расположением червяка (рис. 2.3, а) и с верхним расположением червяка (рис. 2.3, б). а б Рис. 2.3. Кинематические схемы червячных редукторов: а – с нижним расположением червяка; б – с верхним расположением червяка Анализируя эти схемы, можно отметить, что в первой из них лучше условия смазывания зацепления, во второй - меньшая вероятность попадания в зацепление металлических частиц - продуктов износа. При окружных скоростях червяка до 4...5 м/с следует отдавать предпочтение редукторам с нижним расположением червяка, при больших скоростях сильно возрастают потери на размешивание смазки, поэтому червяк следует располагать над колесом. Схемы с вертикальным расположением вала колеса или червяка применяют в сравнительно редких случаях, когда это требуется по условиям компоновки привода. Червячные редукторы характеризуются следующими особенностями: в результате больших сил, возникающих в зацеплении, опоры червяка воспринимают весьма значительные осевые нагрузки; вследствие большого трения в зацеплении работа редуктора сопровождается значительным нагревом. Т и п о р а з м е р редукторов определяется типом и главным параметром тихоходной ступени. Для цилиндрической и червячной передач главным параметром является межосевое расстояние aw, конической – внешний делительный диаметр колеса de2, планетарной – радиус водила Rw, волновой – внутренний диаметр гибкого колеса d в недеформированном состоянии. И с п о л н е н и е редукторов определяется передаточным числом, вариантом сборки (место расположения и направление выхода быстроходного и тихоходного валов) и формой (цилиндрическая или коническая) концевых участков валов. Главная энергетическая характеристика редуктора – номинальный вращающий момент Т на его тихоходном валу при постоянной нагрузке. Основными параметрами для всех редукторов являются: передаточное число, коэффициент ширины колес, модуль зацепления, углы наклона зубьев, коэффициенты диаметров червяков. 3. ЭСКИЗНАЯ КОМПОНОВКА РЕДУКТОРА После определения межосевых расстояний, диаметров, ширины колес и размеров червяков приступают к разработке конструкции редуктора, которая начинается с эскизной компоновки. Компоновку обычно проводят в два этапа. Первый этап служит для определения расположения деталей передач, расстояния между ними, ориентировочных диаметров ступеней валов. Эти данные необходимы для определения опорных реакций, выбора типа подшипников и схемы их установки. Второй этап компоновки имеет целью конструктивно оформить зубчатые колеса, валы, корпус, подшипниковые узлы и подготовить данные для проверки прочности валов и других деталей. Компоновочный чертеж следует выполнять в соответствии с требованиями ЕСКД в одной проекции (за исключением червячного редуктора, где требуется две проекции) – разрез по осям валов при снятой крышке редуктора; на миллиметровой бумаге желательно в масштабе 1 : 1, тонкими линиями. 3.1. Первый этап эскизной компоновки 3.1.1. Построение колес передачи В соответствии с результатами проектировочного расчета построение зубчатой цилиндрической передачи (рис. 3.1) начинается с нанесения межосевого расстояния а, проведения осевых линий окружностей делительных диаметров d1 и d2, диаметров вершин зубьев da1 и da2, линий, ограничивающих ширину шестерни b1 и колеса b2. Для этого примерно посередине листа параллельно его длинной стороне проводится горизонтальная осевая линия, затем вертикальные линии – оси валов на расстоянии а. Вычерчиваются упрощенно шестерня и колесо в виде прямоугольников; длина ступицы колеРис. 3.1. Построение зубчатой цилиндрической передачи Рис. 3.2. Построение зубчатой конической передачи са равна ширине венца и не выступает за пределы прямоугольника. Построение конической зубчатой передачи (рис. 3.2) начинается с нанесения двух взаимно перпендикулярных линий. От точки пересечения О этих линий откладываются по осям вверх и вниз отрезки ОА, равные 0,5d1, а вправо и влево отрезки 0В, равные 0,5d2. Через точки А проводятся горизонтальные линии, а через точки В - вертикальные линии до взаимного пересечения в точках С. Точки С соединяются с точкой О линиями, которые представляют собой образующие делительных конусов шестерни и колеса. В точках С к образующим делительных конусов восстанавливаются перпендикуляры, на которых откладываются высота головки ha= mte и высота ножки hf = 1,2mte зуба. Концы отложенных отрезков соединяются с точкой О линиями, которые представляют собой образующие конусов вершин и впадин зубьев. Вдоль образующих делительных конусов от точек С по направлению к точке О отРис. 3.3. Построение червячной передачи кладывается ширина зуба b и проводится граница зуба. Толщина венца обода шестерни и колеса назначается одинаковой и равной 0 = 2,5mte+ 2 мм. Для построения червячной передачи (рис. 3.3) проводятся две параллельные горизонтальные линии на расстоянии а друг от друга и пересекаются перпендикулярной прямой. Из точки пересечения О2 - центра червячного колеса - описывается делительная окружность радиусом 0,5d2. От оси червяка вверх и вниз откладываются отрезки, равные 0,5d1, перпендикулярно которым проводятся горизонтальные линии. При этом нижняя линия начального диаметра червяка должна быть касательной к делительной окружности колеса. Точка касания - полюс зацепления - обозначается буквой Р. Из центра О2 радиусом 0,5da2 описывается окружность вершин зубьев и радиусом 0,5daм2 - наибольшая окружность червячного колеса. Такие же действия выполняются с изображением диаметров вершин и впадин червяка, откладываются от оси червяка вверх и вниз отрезки, равные 0,5da1 и 0,5df1. Вдоль оси червяка откладывается длина нарезанной части червяка. Вторая проекция червячной передачи изображается в следующей последовательности. На продолжении горизонтальных линий, проходящих через центр червячного колеса О2 и оси червяка, проводится перпендикулярная линия. Из точки пересечения О1 - центра червяка - описываются начальная окружность радиусом, равным 0,5d1, и окружности вершин da1 и впадин df1 радиусами, равными 0,5da1 и 0,5df1 соответственно. Затем из центра О1 проводятся дуги, которые устанавливают границы поверхностей вершин зубьев и впадин червячного колеса. При этом следует учесть, что между диаметрами da1 вершин витков червяка и впадин зубьев df2 червячного колеса, а также между диаметрами da2 вершин зубьев червячного колеса и впадин df1 витков червяка должен быть зазор с = 0,2m. Далее по линии O1O2 от точки O2 вниз на расстоянии O1O2 откладывается точка О1, из которой описываются дуги поверхностей вершин и впадин зубьев червячного колеса, как это выполнялось из точки О1. Окончательный контур колёса определяется наибольшим диаметром dam2 и шириной колеса b2. 3.1.2. Расстояние между деталями передач Чтобы поверхности вращающихся колес не задевали за внутренние поверхности стенок корпуса, между ними оставляется зазор |