Работа двухступенчатого редуктора

ИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ
АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Санкт-Петербургский
институт машиностроения (ВТУЗ — ЛМЗ)

Кафедра теории
механизмов и деталей машин

Изучение конструкции цилиндрического двухступенчатого редуктора Цель работы

Изучение конструкции цилиндрического
двухступенчатого редуктора, измерение
его габаритных и присоединительных
размеров, определение параметров
зубчатого зацепления, расчёт допускаемой
нагрузки из условия обеспечения
контактной выносливости зубчатой
передачи.

Общие сведения

Зубчатые
редукторы 
это механизмы, служащие для понижения
угловых скоростей и увеличения крутящих
моментов, выполненные в виде отдельных
агрегатов. Зубчатые редукторы имеют
широкое применение, особенно в
подъёмно-транспортном, металлургическом,
горном машиностроении. Наиболее
распространены в машиностроении
цилиндрические редукторы. Современные
зубообрабатывающие станки обеспечивают
изготовление цилиндрических зубчатых
колёс диаметром до нескольких метров,
что позволяет передавать любые мощности.
В современных высокоточных передачах
достигнуты окружные скорости
 до 120180 м/с.
Срок службы цилиндрических редукторов
достигает нескольких лет.

Наиболее
распространённые схемы одно- и
двухступенчатых редукторов с
цилиндрическими колёсами показаны в
табл. 4.1.

С
помощью одной цилиндрической зубчатой
пары (схема 1) можно изменять угловую
скорость в несколько десятков раз.
Однако величину передаточного числа
одной цилиндрической пары нерационально
назначать больше u = 810.
При больших значениях одноступенчатые
редукторы уступают по габаритам
редукторам, в которых заданное u
распределено между двумя ступенями.

Цилиндрические зубчатые редукторы

Развернутая схема редуктора (Рис.3.1 и Рис.3.2)

Наиболее распространенной схемой двухступенчатых редукторов является простая развернутая схема. Преимуществом этой схемы является малая ширина редуктора и высокая технологичность.

Эскизная компоновка такой схемы выполняется в следующей последовательности (Рис.3.1).

Проводим три осевые линии на расстоянии равным межосевым расстояниям быстроходной и тихоходной передач (аwб, аwт).

Проводим осевую линию быстроходной передачи и вычерчиваем контуры шестерни и колеса по геометрическим размерам B1, B2, d1, d2,da1 и da2. Если длина ступицы колеса выходит за размеры ширины венца В2, показываем контур ступицы колеса.

На расстоянии зазора «C» (см. п.1.3) проводим контур шестерни тихоходной передачи по размерам B1, d1 и da1.

Проводим ось симметрии относительно ширины шестерни B1.

Проводим контур колеса тихоходной передачи по размерам В2, d2, da2, dc и l c.

На расстоянии зазора «a» (см.п.1.1) от ближайшей торцевой и наружной поверхности вращающейся детали проводим внутреннюю стенку корпуса редуктора.

По диаметру вала в месте посадки подшипника и с учетом сил, действующих в зацеплении предварительно выбираем подшипники для всех валов и из ГОСТа выписываем габаритные размеры D и В.

На расстоянии зазора x (см.п.1.4) от внутренней стенки корпуса проводим контуры подшипников по размерам D и В на всех валах.

Замеряем и проставляем размеры на каждом валу С1, f 1, C2, f 2, e2, C3 и f 3. Если на выходном участке тихоходного вала расположена звездочка или шестерня, необходимо определить размер e3.

По размеру D и проходному диаметру d выбираем стандартную сквозную крышку подшипника.

Вычерчиваем контур выбранной крышки по размерам стандарта.

Замеряем и проставляем размер e3.

Для улучшения условий работы зубчатых колес и получения равномерной нагрузки на подшипники применяют редукторы с раздвоенной быстроходной или тихоходной (Рис.3.2) парой. Выполнение эскизной компоновки такого редуктора незначительно отличается от предыдущей схемы (см. Рис.3.1).

Проводим осевые линии валов на расстоянии аwб и аwт (Рис.3.2).

Проводим осевую линию и контуры шестерни и колеса быстроходной передачи по размерам B1, B2, d1, d2,da1 и da2. Далее проводим контур ступицы колеса, если она выходит за размер ширины венца колеса B2.

На расстоянии зазора «c» (см.п.1.3) проводим контуры двух тихоходных передач по размерам B1, B2, d1, d2, da1, da2, dc и l c.

На расстоянии зазора «a» проводим внутреннюю стенку корпуса редуктора.

По диаметру вала с учетом сил, действующих в зацеплении, предварительно выбираем подшипники для всех валов и из ГОСТа на подшипники выписываем размеры D и В.

На расстоянии x от внутренней стенки проводим контуры подшипников на всех валах по размерам D и В.

Замеряем и проставляем размеры на всех валах С1, f 1, C2, f 2, C3 и f 3.

3.1.2. Соосная схема редуктора (Рис.3.3 и Рис.3.4)

Соосные редукторы по массе и габаритам близки к редукторам, выполненным по раздвоенной схеме и в ряде случаев позволяют получить более удобную компоновку машины в целом. Соосные редукторы выполняются по двум схемам: с горизонтальными передачами (Рис.3.3) и с вертикальным расположением передач (Рис.3.4). Эскизная компоновка обеих схем выполняется в одной последовательности.

Проводим две осевые линии валов на межосевом расстоянии аw.

Проводим ось симметрии быстроходной передачи.

Проводим контуры шестерни и колеса быстроходной передачи по размерам B1, B2, d1, d2,da1 и da2. Если длина ступицы l c больше ширины венца колеса B2, намечаем контур ступицы колеса по размерам dc и l c.

На расстоянии «a» (см.п.1.1) от торцевых поверхностей шестерни проводим стенку внутренней опоры с другой стороны внутреннюю стенку редуктора.

По принятым диаметрам под подшипник предварительно принимаем подшипники на всех валах и из ГОСТа на эти подшипники выписываем габариты подшипника D и В.

На расстоянии зазора x (см.п.1.4) от внутренней стенки корпуса редуктора и средней опоры проводим контуры подшипников быстроходного вала по размерам D и В.

На расстоянии зазора «a» от торца подшипника в средней опоре проводим контур подшипника тихоходного вала согласно размеров D и В.

От торца проведенного подшипника тихоходного вала на расстоянии x проводим внутреннюю стенку средней опоры со стороны колеса

Проводим контур тихоходного колеса на расстоянии «a» от средней опоры, если l c < B2, в противном случае зазор берется от торца ступицы колеса, по размерам B2, d2, da2.

Проводим ось симметрии ширины венца колеса B2 и контур шестерни тихоходной передачи по геометрическим размерам B1, d1, da1.

На расстоянии зазора «a» и b0 проводим внутренние стенки корпуса редуктора.

На расстоянии зазора x от внутренней стенки редуктора проводим контуры подшипников на тихоходном и промежуточном валах по выбранным размерам D и В.

Замеряем и проставляем размеры на быстроходном валу С1 и f 1, на промежуточном С2, f 2, e2 и тихоходном валах С3 и f 3.

3.2. Коническо-цилиндрический редуктор (Рис.3.5)

Эскизную компоновку начинаем с проведения двух взаимно перпендикулярных осевых линий быстроходного и промежуточного валов.

Из точки пересечения этих линий проводим под углом d 1 осевые линии делительных конусов и откладываем на них размеры конусного расстояния Re и длину зуба b.

По найденным ранее конструктивным размерам оформляем конструкцию вала-шестерни и конического колеса.

На расстоянии зазора «C» (см.п.1.3) между вращающимися деталями проводим контур цилиндрической шестерни тихоходной передачи в виде прямоугольника по размерам B1, d1, da1.

Проводим ось симметрии цилиндрической шестерни.

На межосевом расстоянии аw цилиндрической передачи проводим осевую линию тихоходного вала.

Проводим контур цилиндрического колеса по размерам В2, d2, da2, dc и l c.

По найденным ранее размерам валов под подшипники предварительно выбираем подшипники на всех валах и из ГОСТа на эти подшипники выписываем габаритные размеры D и В. Подшипники ведущего вала располагаем в стакане с целью регулировки конического зацепления.

Определяем положение подшипников вала конической шестерни. Для уменьшения неравномерности распределения удельных нагрузок по ширине зубчатого венца при консольном расположении шестерни один из подшипников должен быть расположен возможно ближе к этой шестерне. На расстоянии зазора x (см.п.1.4) проводим контур первого подшипника по размерам D и В.

На расстоянии зазора x от внутренней стенки корпуса редуктора наносим контуры подшипников на промежуточном и тихоходном валах по размерам D и В.

Замеряем и проставляем размеры:

— на промежуточном валу С2, f 2 и e2;

— на тихоходном валу С3 и f 3.

Редуктор – механизм, служащий для уменьшения частоты вращения и увеличения вращающего момента на валах. В корпусе редуктора расположены зубчатые и червячные колеса, неподвижно закрепленные на валах. Валы опираются на подшипники, размещенные в гнездах корпуса. В основном используются подшипники качения.

Все редукторы классифицируются по типам, типоразмерам и исполнению. Тип редуктора определяется составом передач, порядком их размещения в направлении от быстроходного вала к тихоходному и положением осей зубчатых колес в пространстве. Для обозначения передач используют большие буквы русского алфавита: Ц – цилиндрическая, К – коническая, Ч – червячная П – планетарная и т. д. Если одинаковых передач две или более, то после буквы ставится соответствующая цифра. Наиболее распространены редукторы с горизонтальными валами.

Обозначение типоразмера складываются из его типа и главного параметра его тихоходной ступени. Для передач цилиндрических и червячных редукторов главным параметром является межосевое расстояние.

Под исполнением понимают передаточное отношение, вариант сборки и формы концов валов. Например: типоразмер редуктора ко- ническо-цилиндрического с межосевым расстоянием 200 и общим передаточным отношением будут обозначаться КЦ-200- ,

– исполнение по передаточному числу.

Рис. 2.1. Одноступенчатый горизонтальный редуктор с цилиндрическими зубчатыми колесами

На рис. 2.1–2.6. представлены кинематические схемы и конструкции наиболее распространенных типов цилиндрических зубчатых редукторов, на которых входной (быстроходный) вал обозначен

буквой – Б, выходной (тихоходный) – Т. Максимальное передаточное число одноступенчатого цилиндрического редуктора (рис. 2.1, рис. 2.2) по ГОСТ 2185–66 . Максимальное значение передаточного отношения используется крайне редко, обычно

Компоновочные возможности одноступенчатых редукторов ограничены и водятся обычно к расположению осей валов в пространстве. Зацепление в большинстве случаев – косозубое, с углом наклона

мм зацепление выполняют шевронными зубчатыми колесами.

Рис. 2.2. Одноступенчатый цилиндрический редуктор вертикального исполнения

Обозначение цилиндрического одноступенчатого редуктора с межосевым расстоянием 160 мм, передаточным числом 4, вариантом сборки ΙΙ: ЦУ-160-4-11.

Двухступенчатые цилиндрические редукторы выполняют по развернутой схеме (рис. 2.3), раздвоенной (рис. 2.4), соосной (рис. 2.5) схемам. Наиболее распространена развернутая схема, которая обеспечивает редуктору лучшую технологичность, малую ширину, допускает легкую и рациональную унификацию с другими редукторами. Такие редукторы применяют при , а чаще при Недостатком развернутых схем является несимметричность расположения зубчатых колес относительно опор, вследствие чего нагрузка между подшипниками распределяется неравномерно и в результате деформации изгиба и кручения валов возникает концентрация нагрузки по длине зуба. С точки зрения равномерного распределения

нагрузки наиболее применимы конструкции с параллельными (раздвоенными) потоками мощности (рис. 2.4).

Для компенсации осевого усилия и разгрузки подшипников колеса раздвоенной ступени выполняют косозубыми с противоположным наклоном зубьев. Угол наклона зубьев раздвоенных ступеней, как и в шевронных передачах, рекомендуют принимать в пределах

Раздваивать тихоходную пару нецелесообразно. Редукторы с шевронными зубчатыми колесами применяют, главным образом, для тяжело нагруженных передач и в случаях, когда недопустима осевая нагрузка для опоры.

Рис. 2.3. Двухступенчатый цилиндрический горизонтальный редуктор (со снятой крышкой)

Рис. 2.4. Двухступенчатый цилиндрический горизонтальный редуктор с раздвоенной быстроходной ступенью

Рис. 2.5. Двухступенчатый цилиндрический соосный редуктор

Рис. 2.6. Одноступенчатый конический редуктор

Двухступенчатые соосные редукторы с одним потоком мощности (рис. 2.5) по габаритам и массе близки к редукторам с раздвоенной схемой, но позволяют осуществить на 25 % больше передаточное отношение. Расположение опор соосных валов внутри корпуса усложняет его конструкцию, приводит к увеличению длины промежуточного вала, следовательно, и его прогибов, что является одним из недостатков таких схем.

Обозначение цилиндрического двухступенчатого редуктора с межосевым расстоянием тихоходной ступени 200 мм, передаточным числом 25, сборкой 12: Ц2У-200-25-12.

Конические зубчатые редукторы применяют в тех случаях, когда входной и выходной валы редуктора должны быть перпендикулярны. Кинематические схемы редукторов приведены на рис. 2.6.

Конические колеса могут быть выполнены прямозубыми или с круговым зубом. В современных конических редукторах колеса выполняют, в основном, с круговыми зубьями. Предпочтительное значе-

ние угла наклона линии зуба в середине кругового зуба . Во избежание появления на шестерне отрицательной осевой силы, затягивающей шестерню в зацепление, желательно, чтобы направление вращения зубчатого колеса и направление наклона линии зуба совпадали.

Рис. 2.7. Двухступенчатый горизонтальный коническо-цилиндрический редуктор

Рис. 2.8. Двухступенчатый коническо-цилиндрический редуктор с вертикальным валом

Передаточное число одноступенчатых конических редукторов с прямозубыми колесами, как правило, не выше трех, в редких случаях При косых или круговых зубьях (в очень редких случаях ).

Обозначение стандартных коническо-цилиндрических редукторов: КЦ1-200; КЦ1-500.

Червячные редукторы применяются при передаче движения между перекрещивающимися валами. Такие редукторы дают возможность обеспечить в одной ступени большое передаточное отношение при малых габаритах, плавность и бесшумность в работе. Однако, вследствие низкого коэффициента полезного действия (КПД) и меньшего ресурса работы, чем у зубчатых редукторов, их не рекомендуется применять в машинах непрерывного действия. Использование дорогостоящего антифрикционного материала для изготовления венца червячных колес, склонность к заеданию, значительный износ и нагрев при продолжительной работе также являются недостатками червячных передач.

Компоновочные возможности таких редукторов ограничены и сводятся к положению червячной пары в пространстве. На рис. 2.9

показан червячный одноступенчатый редуктор с нижним расположением червяка.

Рис. 2.9. Червячный редуктор с нижним расположением червяка

Схемы, представленные на рис. 2.10 различаются по расположению червячной пары в пространстве. Исполнение редуктора 1 – нижнее горизонтальное расположение червяка (рис. 2.10, ); исполнение 2 – верхнее горизонтальное расположение червяка (рис. 2.10, ); исполнение 3 – боковое горизонтальное расположение червяка при вертикально расположенном тихоходном вале (рис. 2.10, ; рис. 2.12); исполнение 4 – вертикальное расположение червяка (рис. 2.10, ).

Рис. 2.10. Кинематические схемы червячных редукторов:

) нижнее горизонтальное расположение червяка; ) верхнее горизонтальное расположение червяка; ) боковое горизонтальное расположение червяка; ) вертикальное расположение червяка

Рис. 2.11. Червячные редукторы:

) с нижним расположением червяка; ) с верхним расположением червяка

Выбор схемы червячного редуктора определяется требованиями компоновки машины. Редукторы с нижним расположением червяка (рис. 2.11, ) преимущественно применяют с окружной скоростью

смазка зацепления. Но при больших скоростях возрастают потери на размешивание масла и поэтому целесообразно располагать червяк над колесом (рис. 2.11, ). Однако, при этом ухудшаются условия теплоотдачи в масло и требуются специальные устройства для смазки подшипников червяка. В передачах с вертикальным расположением червяка (рис. 2.10, ) условия смазки зацепления и подшипниковых узлов весьма неблагоприятны. Конструкция корпуса редуктора отличается более сложным изготовлением.

Червячные редукторы выпускают в одноступенчатом и двухступенчатом исполнениях. Червячные одноступенчатые редукторы без искусственного охлаждения изготовляют из алюминиевого сплава.

Червячные редукторы с чугунными корпусами выпускают с ограничениями по термической мощности.

Рис. 2.12. Червячный редуктор с боковым расположением червяка

Рис. 2.13. Двухступенчатый зубчато-червячный редуктор

Механическая передача – это особый механизм, посредством которого осуществляется передача крутящего момента от приводного двигателя к исполнительному механизму. Для осуществления синхронизации угловых скоростей вращения вала двигателя и вала исполнительного механизма применяются различные устройства, в общем именуемые редукторами. Редуктор преобразовывает высокую скорость вращения вала двигателя в более низкую и при этом пропорционально повышается крутящий момент. Это позволяет при помощи маломощного моторчика приводить в движение значительные массы и механизмы, требующие низкую скорость движения, но большую тягу.

Существует много разных типов редукторов. Необходимость создания разных конструкций продиктовано требованиями по эксплуатационным характеристикам и областью применения данного редуктора. Но общее назначение редукторов одно и то же.

Также для применения в сложных конструкциях, требующих изменения передаточного отношения в широких пределах, применяют либо особые конструкции, либо редукторы с более чем одной ступенью. Одними из самых популярных редукторов с более чем одной ступенью являются двухступенчатые редукторы.

Своей популярностью двухступенчатые редукторы обязаны своей конструкции, в которую заложены все достоинства многоступенчатых коробок передач и одноступенчатых редукторов. Благодаря применению двух ступеней передаточное отношение больше не является фиксированным значением и его можно изменять по мере необходимости. Также можно отметить тот факт, что методика расчёта таких конструкций общедоступна и широко известна даже не профессионалам, вследствие чего подобные устройства широко применяются и особенно популярны.

Так как двухступенчатым редуктором может быть любой тип редукторов, включая ременный, цепной, червячный, винтовой и другие, то методики расчёта для каждого типа используются разные. В качестве простого примера таких расчётов можно привести приблизительный расчёт корпуса редуктора.

Корпуса редукторов чаще всего изготавливают методом литья. Исключения составляют лишь те варианты, которые собраны вручную в единственном экземпляре. Такие редукторы имеют сварные корпуса. Для серийных же моделей, используют литые конструкции и для расчётов толщины стенок корпуса, с учётом необходимой прочности и жёсткости кузова, а также отвечающие требованиям этой технологии используется простая формула:

δ = 1.3 х (Т(тихоходная ступень))1/4, где Т – крутящий момент в Нм. Желательно к полученному значению прибавлять ещё 1-2 мм для страховки.

В местах, где крепятся различные внутренние детали, толщину следует увеличить в полтора раза.

Стенки, сопрягающиеся под прямым углом, соединяются сопряжением радиусом равным половине толщины стенки. Стенки, встречающиеся под углом больше девяноста градусов, сопрягают радиусом в полтора раза большим, чем толщина стенки. Корпус внутри обязательно должен иметь рёбра жёсткости в достаточном количестве для увеличения прочности, а также из-за неравномерного охлаждения металла, и минимальная толщина определяется умножением толщины стенок на коэффициент равный 0,8. Поверхности, требующие последующей обработки для монтажа и крепежей, выполняют в виде платиков и высоту таких платиков рассчитывают исходя из толщины стенки корпуса, а именно половины её толщины. Толщину крышки можно брать меньше толщины стенки на 2-4 мм. Крепление крышки необходимо рассчитывать исходя из крутящего момента на выходном валу для обеспечения достаточной прочности и надёжности конструкции. Диаметр винтов крепления крышки рассчитывается по формуле:

d = 1.25 х (Т(тихоходная ступень))1/3, где Т – крутящий момент в Нм. Округление происходит всегда в большую сторону. Винты крепления корпуса редуктора к раме устройства, в составе которого он будет работать, также рассчитываются в зависимости от крутящего момента и условно принимаются 1.25 раза более толстыми, чем болты для крепления крышки редуктора. Ниша крепления корпуса к раме берётся в два с половиной раза более толстой, чем диаметр винтов крепления корпуса к раме. Также следует учесть поправочные коэффициенты при расчётах с поправкой на марку стали, степень прочности и другие характеристики.

Также необходимо учесть то, что в двухступенчатых редукторах существует две ступени, и при расчётах необходимо брать крутящий момент на том валу, который окажется большим. Это одно из главных условий при расчёте корпусов, по причине того, что такая грубейшая ошибка в расчётах может, в конечном счете, привести к выходу из строя редуктора, или даже всего устройства, частью которого является этот редуктор.

Расчёт и строение внутреннего механизма редуктора выходит за рамки описания данной статьи. Подробную информацию о каждом из них следует искать в соответствующих справочниках. Но можно привести основное соотношение, которое используется в любых технологиях расчёта: передаточное отношение i равно отношению угловой скорости ведущего вала к угловой скорости ведомого вала. Для двухступенчатых систем подобное соотношение имеет место для каждых сопряжённых пар зубчатых колёс, либо шестерней.

Рис. 1. Дуговая сварка

Рис. 2. Электрошлаковая сварка

Рис. 3. Контактная сварка

Сварное соединение, участок конструкции или изделия, на котором сваркой соединены между собой составляющие их элементы, выполненные из однородного или разнородных материалов.

Классификация С. с. и швов. По взаимному расположению соединяемых элементов различают стыковые, тавровые, нахлёсточные и угловые С. с. Каждое из них имеет специфические признаки в зависимости от выбранного способа сварки — дуговой (рис. 1), электрошлаковой (рис. 2), контактной (рис. 3) и др. Участок С. с., непосредственно связывающий свариваемые элементы, называются сварным швом. Швы всех типов различают: по технике наложения — выполненные «напроход», от середины к концам, обратноступенчатым способом; по положению в пространстве при сварке — вертикальные, горизонтальные, нижние, потолочные; по технике образования сечения — однослойные и многослойные и т. д. Основные виды С. с., конструктивные элементы кромок и швов, предельные отклонения и рациональные диапазоны толщин соединяемых элементов для швов всех типов регламентированы государственными стандартами и отраслевыми нормалями.

Характеристика С. с. Для С. с. свойственна совокупность зон, образующихся в материале соединённых сваркой элементов. Зоны отличаются от основных материалов и между собой по химическому составу, структуре, физическим и механическим свойствам, микро- и макронапряжённости. К С. с., выполненному сваркой плавлением, относят зоны (рис. 4, а) материала шва (сварной шов), сплавления, термического влияния, прилегающего основного материала, сохраняющего свои свойства и структуру. С. с., выполненное сваркой давлением, зон материала шва и сплавления не имеет и состоит (рис. 4, б) из зоны соединения, в которой образовались межатомные связи соединённых элементов, зоны механического влияния, зоны прилегающего основного материала. В сварном шве материал представляет собой сплав, образованный переплавленными основными материалами и дополнительными электродным и присадочным материалами или только переплавленными основными материалами. В зоне термического влияния основной материал не претерпевает расплавления, но на отдельных участках в результате воздействия нагрева и охлаждения по-разному изменяет свойства и структуру. В наиболее общем случае сварки плавлением низкоуглеродистой стали зона термического влияния С. с. состоит из участков, показанных на рис. 5. Участок перегрева I примыкает непосредственно к зоне сплавления. Материал на этом участке перегрева нагревается выше 1100 °С и приобретает крупнозернистую структуру, что обусловливает понижение его вязкости. На участке перекристаллизации (нормализации) II материал нагревается в интервале температур от 900 до 1100 °С, что вызывает значительное измельчение зерна и повышение вязкости. На участке частичной перекристаллизации III металл нагревается в интервале температур от 700 до 900 °С и характеризуется неравномерностью структуры или частичным измельчением зерна. На участке рекристаллизации IV при нагреве материала от 500 °С до температуры, соответствующей критической точке A 1, наблюдается снижение прочности, в некоторых случаях — уменьшение пластичности. На участке старения V при нагреве от 100 до 500 °С материал не имеет видимых изменений структуры, но отличается от исходного основного материала пониженной вязкостью, наиболее резко выраженной в интервале 100—300 °С. Ширина зоны термического влияния при сварке стали зависит от способа сварки, технологического процесса, теплового режима сварки, теплофизических свойств основного металла.

Свойства С. с. Качество С. с. определяется их работоспособностью, сопротивляемостью хрупким и усталостным разрушениям. Работоспособность С. с. характеризуется комплексной совокупностью свойств чередующихся зон — прослоек, отличающихся от основного материала и между собой прочностными свойствами. Прослойки с более высокими прочностными свойствами условно называют твёрдыми, а смежные с ними прослойки с более низкими прочностными свойствами — мягкими. В зависимости от свойств основного материала, сварочных материалов, способа и режима сварки и термообработки, а также температурно-скоростных условий нагружения мягкими прослойками могут быть сварной шов, зона сплавления, разупрочнённый участок зоны термического влияния, промежуточные вставки других (разнородных с основным) материалов. Мягкие прослойки — локализаторы деформаций: при весьма малой относительной толщине они не снижают несущей способности С. с., при сравнительно большой толщине их свойства ограничивают несущую способность С. с. При расчёте, проектировании и изготовлении сварных конструкций учитывают степень влияния напряжённо-деформационного состояния на работоспособность С. с., точность их размеров и формы, а также на стабильность этих качеств при эксплуатации. При этом различают зону пластических деформаций, зону упругих деформаций, собственные остаточные напряжения (растягивающие и сжимающие). Эпюры, на которых показаны временные и остаточные продольные деформации и напряжения в стыковом соединении пластины из углеродистой стали, представлены на рис. 6.

Сопротивляемость С. с. хрупким и усталостным разрушениям зависит от свойств материала и наличия в них концентраторов напряжений и деформаций. Концентраторы бывают конструктивного происхождения (участок резкого изменения сечения С. с., например переход от шва к основному металлу в тавровом и нахлёсточном соединениях), технологического происхождения (неплавные переходы с входящими углами в месте усиления шва, непровары, несплавления и подрезы), физико-химического происхождения (поры, шлаковые включения, трещины в швах и зоне термического влияния).

Образованию С. с. сопутствует термопластический процесс деформирования основного материала, который наиболее ярко выражен для стальных сварных соединений. Этот процесс обусловливает появление хрупкости на некоторых участках зоны термического влияния. Наиболее хрупким становится металл вследствие старения, протекающего в процессе деформирования металла при температурах 150—300 °С. На этих участках С. с. имеют ограниченную сопротивляемость хрупким разрушениям.

Образование С. с. сопровождается уменьшением размеров соединяемых элементов в продольном и поперечном направлениях, т. е. продольной и поперечной усадкой, что учитывается при проектировании и изготовлении изделий.

Схемы одно- и двухступенчатых редукторов

На
схеме 2 представлен двухступенчатый
редуктор. Недостаток такой схемы состоит
в несимметричном расположении зубчатых
колёс относительно опор, что вызывает
неравномерное распределение нагрузки
по ширине зубчатого венца вследствие
деформаций подшипников, колёс и прогиба
валов. Уменьшение влияния деформации
валов достигается увеличением их
жёсткости.

Схемы
3 и 4 разработаны для получения симметричного
расположения опор относительно тихоходной
(схема 3) или быстроходной (схема 4)
ступени. В редукторах по схемам 3 и 4
необходимо обеспечить одинаковое
участие в передаче мощности обоих
зацеплений раздвоенных ступеней. Для
этой цели зубчатые колёса выполняют
косозубыми или шевронными, причём
раздвоенные венцы имеют соответственно
правый и левый углы наклона винтовых
линий зубьев.

Редукторы
по схемам 5 и 6 характеризуются соосным
расположением ведущего и ведомого
валов, что во многих случаях даёт
преимущества в осевой компоновке
механизмов. К недостаткам конструкции
редуктора по схеме 5 относят некоторое
увеличение габарита по ширине (по
сравнению с несоосной схемой 2),
необходимого для размещения опор валов
шестерни быстроходной ступени и колеса
тихоходной ступени, увеличенную длину
промежуточного вала при несимметричном
расположении опор относительно венцов
зубчатых колёс, а также значительную
недогрузку быстроходной ступени.

В
схеме 6 соосного редуктора мощность от
ведущего к ведомому валу передаётся
двумя потоками, благодаря чему уменьшаются
диаметры зубчатых колёс, окружная
скорость и габаритный размер по высоте.

Детали
редуктора монтируются в чугунный или
стальной корпус, состоящий из основания
корпуса (картера) 4 и крышки корпуса 5
(рис. 4.1). Корпус служит для размещения
и закрепления деталей редуктора,
восприятия возникающих при работе
усилий, предохранения деталей и смазки
от загрязнения.

Корпусные
детали с целью увеличения поверхности
охлаждения и для повышения жёсткости
опор, если это требуется, снабжаются
рёбрами.

Габаритными
называются максимальные размеры
редуктора в трёх измерениях.

Присоединительными
являются те размеры редуктора, которые
необходимы для установки редуктора на
раме или фундаменте. К присоединительным
размерам относят размеры концов валов,
расстояния от опорных поверхностей до
осей валов, размеры опорных поверхностей,
координаты отверстий под фундаментные
болты и др.

Габаритные и
присоединительные размеры редуктора
типа РМ показаны на рис. 4.2.

Соприкасающиеся
поверхности корпуса и крышки подвергаются
чистовой обработке. Хорошее прилегание
их обеспечивает герметичность стыка.
При этом устраняются утечки масла.
Допускается герметизация соприкасающихся
поверхностей спиртовым лаком, жидким
стеклом или пастой «герметик». Установка
прокладок встык не допускается, так как
при этом может быть нарушен характер
посадки подшипников 17, 24 и других деталей.
Точная взаимная установка картера и
крышки (центрирование) обеспечивается
двумя фиксирующими штифтами 19. Отверстия
под штифты выполняют перед совместной
обработкой остальных отверстий корпусных
деталей. Картер и крышку стягивают при
сборке болтами 9, 10 с гайками 12 и шайбами
11. Днище картера обычно имеет уклон 12°
в сторону отверстия, через которое
сливается масло из редуктора при его
замене.

Сливное
отверстие закрывают пробкой 2. Используют
пробки как с конической резьбой, так и
с цилиндрической. В последнем случае
применяют прокладки 1 из паронита,
маслобензостойкой резины или мягкого
металла (медь, алюминий). Для заливки
масла в редуктор, а также контроля за
состоянием передач, в верхней части
крышки предусматривают смотровое окно,
закрываемое крышкой 7 с прокладками 8,
на которой обычно закрепляют отдушину
6 с фильтрующими прокладками или без
них. Отдушина позволяет избежать
повышения давления воздуха в редукторе
при его нагреве во время работы, а также
при взбалтывании масла. Благодаря этому
уменьшается вероятность утечки масла
через уплотняющие устройства 15, 21 валов
и плоскость разъёма. Контроль за уровнем
масла, заливаемого в корпус, осуществляется
при помощи трубчатых 3, жезловых, круглых
и других маслоуказателей.

Опорами
валов в редукторах служат подшипники
скольжения или качения.

ис. 4.2. Габаритные
и присоединительные размеры редуктора
(а) и вариант исполнения конца вала (б)

В
рассматриваемом редукторе опорами
валов являются подшипники качения 17,
24. Отверстия под подшипники закрыты
сквозными 14, 20 или глухими 16, 27 крышками.
Эти крышки служат также для регулирования
зазоров в подшипниках. В сквозных крышках
имеются уплотнения 15, 21.

Для передачи
крутящего момента с вала 26 или вал-шестерён
18 и 30 на колёса 22, 28 (или в обратном
направлении) служат шпонки 23, 25. В осевом
направлении колёса фиксируют буртиками
на валах и дистанционными втулками 13 и
29.

Транспортировка
корпусных деталей, а также редуктора в
собранном виде осуществляется при
помощи грузовых винтов, или при помощи
крюков и проушин, отливаемых вместе с
корпусными деталями.

Выбор электродвигателя

Формула для
определения требуемой мощности
электродвигателя

где
Р
– мощность электродвигателя, кВт;

— общий КПД привода (включая редуктор и
соединительные муфты на его внешних
валах);

η1
≈
0,98 – КПД зацепления, для двухступенчатого
редуктора принимают
x1
=
2;

η2
≈ 0,99 – КПД
пары подшипников качения, для редукторов
с тремя валами принимают x2
= 3;

η3
≈ 0,99
– КПД соединительных компенсирующих
муфт МЗ и МУВП, для схем рис.1, а,
в
принимают
x3
= 2; для схемы
рис.1, б
принимают
x3
= 1.

где
nэл
– номинальная частота вращения об/мин.

Редуктор Цилиндрический Двухступенчатый

Методические
указания
к курсовому проекту по
дисциплине «Детали машин»
для
студентов всех специальностей

Редуктор
цилиндрический двухступенчатый:
Методические указания к курсовому
проекту по дисциплине «Детали машин»
для студентов смешанного и вечернего
обучения всех специальностей.

Изложен
порядок проектирования зубчатых колес,
подшипников качения, валов, соединений
и элементов корпуса редуктора. Указания
снабжены справочными данными и
стандартами на некоторые детали.

Составитель:
к.т.н., доц. А.А. Янсон

Методические
указания утверждены на заседании
кафедры

Рецензенты:
д.т.н., проф. А.Г. Ташевский

к.т.н., проф.
А.В. Приёмышев

Научный редактор—
д.т.н., проф. Ю.А. Державец

Подписано
в печать 14.10.06
Формат 60х90 1/16

Бумага
тип. №3. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 3,25

Уч.
– изд. л. 3,25 Тираж 400 экз.
Заказ № 32

195197,
Санкт-Петербург, Полюстровский пр., 14

1. ПОДГОТОВКА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ К
ПРОЕКТИРОВАНИЮ

1.1. Индивидуальное
техническое задание на проектирование
редуктора

Шифр
задания представляет собой четырехзначное
число АБВГ,
каждая цифра которого определяет: А–
номер схемы редуктора (рис.1); Б – вращающий
момент на тихоходном валу редуктора

;
В – угловую скорость вала редуктора

;
Г– срок службы редуктора

и режим его работы: средний (С), тяжелый
(T) или постоянный (П) (табл.1).

Рис.1. Схемы
двухступенчатых цилиндрических
редукторов:
а)
несоосный; б)
несоосный
с фланцевым креплением электродвигателя;
в)
соосный.
Соединительные муфты: 1-
компенсирующая на быстроходном валу;
2 — компенсирующая на тихоходном валу;
3 — втулочная глухая на быстроходном
валу

Исходные
параметры и режимы нагружения редуктора