Допускаемые напряжения 3 страница

уплотнения. Предлагается использовать в качестве уплотнений наиболее удобные и широко распространенные в настоящее время резиновые манжеты.

Таблица 3.5 Манжеты резиновые армированные для валов (из ГОСТ 8752-79), мм

Пример обозначения манжеты для вала диаметром d = 50 мм с наружным диаметром D₁ =70 мм из резины 3 группы: Манжета 1-50´ 70-3 ГОСТ 8752-79.
Более подробные сведения о параметрах манжет можно найти в [1, 4, 6].
Оформляя пояснительную записку, необходимо выписать параметры выбранных

манжет и их обозначения.
Ширину сквозной крышки можно определить как
b₁ ≥ f + h₁ + (2…3) мм, но не менее, чем в₁ = 2δ; f ≈ 3 мм.
Вычерчивая крышки подшипниковых узлов на компоновке редуктора, следует

располагать их таким образом, чтобы внешний торец крышки совпадал с кромкой

фланца (рис. 3.8). В зазор между торцом наружного кольца подшипника и

внутренним торцом крышки следует установить распорное кольцо, обеспечивающее

осевую фиксацию подшипника. На рис. 3.8 распорные кольца обозначены – 1 и 2.
Распорные кольца позволяют упростить конструкцию крышек и служат
одновременно компенсирующим элементом в размерной цепи. Подбирая ширину

кольца при сборке редуктора, можно достаточно просто обеспечить совпадение

упорных буртиков крышек и выточек в подшипниковых отверстиях корпуса редуктора

при ограниченной точности выполнения осевых размеров вала и сопряженных

деталей. Ширина кольца определяется по фактическому зазору между торцем крышки и подшипника.

2.3.1.7 Проектирование шпоночных соединений

Для передачи вращательного движения от вала к колесу и наоборот можно использовать различные средства [1], при невысокой массовости производства наиболее

удобным принято считать соединение вала и ступицы при помощи шпонки. Шпонка это деталь, устанавливаемая в пазах соприкасающихся деталей и препятствующая их относительному повороту или сдвигу. Количество видов шпоночных соединений велико. В редукторах общего назначения, для валов, испытывающих значительные нагрузки
целесообразно применение ненапряженных соединений призматическими шпонками.
Призматические шпонки стандартизованы, их параметры принимаются в зависимости отдиаметра вала и длины ступицы детали одеваемой на вал. Параметры шпонок для

цилиндрических участков валов приведены в табл. 3.6.

Таблица 3.6 Шпонки призматические (из ГОСТ 23360-78), мм

Примечание: 1. Длину призматической шпонки выбирают из ряда: 20, 22, 25,
28, 32, 36, 40, 45, 50, 56,63, 70, 80, 90, 100, 110, 120.
2. Пример обозначения шпонки с размерами b = 18 мм, h = 11 мм, l = 80 мм :
«Шпонка 18х11х80 ГОСТ 233360-78».
В проектируемом редукторе шпонки следует устанавливать: на выходном
конце входного вала 2-3 − для передачи вращающего момента со шкива на вал,
на выходном валу 4 − для передачи момента с колеса на вал, на выходном
конце выходного вала 4 − для передачи момента с вала на муфту.
Длина шпонки l принимается из стандартного ряда (табл. 3.6 примечание) в зависимости от длины участка вала на котором шпонка установлена или в зависимости от длины ступицы детали, устанавливаемой на данный участок вала. Рекомендуется длину шпонки на выходных концах входного и выходного валов принимать на (5…10) мм короче

длины выходных концов; длину шпонки под колесом 4 принимать как ближайшее

меньшее значение из стандартного ряда от длины ступицы колеса. Длину ступицы на данном этапе можно принимать равной ширине зубчатого венца b4. Выбранные

параметры шпонок рекомендуется свести в таблицу, примерная форма которой

приведена ниже (табл. 3.7).
В пояснительной записке следует привести эскиз шпоночного
соединения, параметры выбранных шпонок и их обозначение.

Таблица 3.7. Параметры шпонок, мм

2.3.1.8 Конструирование зубчатых колес

Обычно в конструкции зубчатых колес выделяют три элемента (рис. 3.9): обод, диск и

ступица.
Формы отмеченных элементов могут быть различными и зависят в основном от

массовости производства, способа получения заготовок и размеров зубчатых колес [1, 4, 6]. При серийном производстве с годовым объемом выпуска более 100 шт. заготовк обычно получают штамповкой в двухсторонних штампах. Форму зубчатых колес в

этом случае можно проектировать по рис. 3.10. Для свободной выемки заготовки из штампа принимают значения штамповочных уклонов γ ≥ 70 и радиусов закруглений
R ≥ 6 мм.

Рис. 3.9 Элементы зубчатого колеса.

Рис. 3.10 Типовая конструкция зубчатого колеса.

Длину посадочного отверстия колеса (длину ступицы) l_ст желательно принимать равной или больше ширины зубчатого венца
l_ст ≥ b₄. (3.21)

Принятую длину ступицы согласуют с диаметром посадочного отверстия (диаметром

участка вала под колесом) d, обычно
l_ст = (1,0…1,2) d. (3.22)
Если условие (3.22) при l_ст = b₄ не выполняется, то следует увеличить длину ступицыдо необходимого размера, выполнив её шире венца колеса. В последующем возможнаещё одна корректировка длины ступицы в сторону увеличения, на стадии проверочныхрасчетов при проверке прочности шпоночных соединений.Увеличение длины ступиц

от принятой по условию (3.21) возможно потребует изменения осевых размеров вала и увеличения ширины всего редуктора.
Диаметр ступицы dст назначают в зависимости от материала ступицы; для стальной

ступицы, что соответствует подавляющему большинству случаев
d_ст = 1,55 (3.23)
Толщина обода S может определяться из различных соображений.
Можно рассчитывать непосредственно размер как
S ≈ 2,5 m, (3.24)
где m – модуль зубчатого колеса.
В ряде случаев удобно определять чертежный размер D₀ как
D₀ ≈ d₄ - 8 m, (3.25)
где d₄ − делительный диаметр зубчатого колеса.
Толщина диска с также может назначаться исходя из различных условий [1, 4, 9].

Наиболее простой подход – в зависимости от ширины зубчатого венца
с ≈ 0,33 b4 (3.26)
На торцах зубчатого венца выполняются фаски f, их размер обычно
принимается в зависимости от модуля зубчатого колеса
f = (0,5…0,6) m
и округляют до стандартного значения (см. ниже значения f₁). Острые кромки на торцах ступицы (в отверстии и на внешней поверхности), а также на торцах обода притупляют фасками, их размер f₁ принимают в зависимости от

диаметра посадочного отверстия
d, мм 20…30 30…40 40…50 50…80 80…120
f₁, мм 1,0 1,2 1,6 2,0 2,5.

2.3.2 Разработка главного вида редуктора (компоновка 2)

Второй этап компоновки решает задачу рационального размещения элементов

редуктора, в вертикальной плоскости и может рассматриваться как подготовка к

выполнению чертежа главного вида редуктора.

2.3.2.1 Проектирование основных элементов корпуса редуктора

Корпус редуктора служит основой для размещения всех деталей редуктора. В корпусе устанавливаются зубчатые колеса, валы, подшипники и прочие элементы. При его проектировании должны быть обеспечены прочность и жесткость, исключающиеперекосы валов в процессе работы под нагрузкой.
Корпуса редукторов могут быть цельные и разъемные. В первом случае корпус

представляет собой единую коробчатую конструкцию с отверстиями, позволяющими устанавливать внутри корпуса детали передач. Разъемные корпуса для цилиндрическихзубчатых передач имеют большее распространение. Детали корпуса обычно

изготавливают литьем из чугуна не ниже марки СЧ15. Плоскость разъема обычно

выполняют проходящей по осям вращения валов. Корпус в этом случае состоит из

основания и крышки корпуса, соединяемых по периметру болтами и гайками или

винтами. При выполнении курсовой работы рекомендуется использовать разъемные

корпуса. Разработка эскизной компоновки редуктора в вертикальной плоскости
(главный вид) осуществляется на основе выполненной ранее компоновки в
горизонтальной плоскости. В проекционной связи с компоновкой в горизонтальной

плоскости намечают оси шестерни и зубчатого колеса. Тонкой линией проводят линию разъема редуктора. Относительно выбранных осей вращения звеньев тонкой линией проводят окружности, соответствующие окружностям вершин зубьев шестерни и

колеса с диаметрами d_а3и d_а4 (рис. 3.11).

Рис. 3.11 Вычерчивание контуров редуктора

Окружности должны пересекаться. На расстоянии а, определенного в п. 2.3.1.1, от

контуров колеса справа и сверху проводим горизонтальные и вертикальные линии,

определяющие внутренние поверхности стенки корпуса.
Левая стенка корпуса должна отстоять от контуров шестерни на расстоянии,
определенном на первой компоновке после прочерчивания подшипников вала шестерни.
Нижняя стенка редуктора (основание) должна отстоять от нижней кромки колеса на

расстоянии b₀ ≥ 4а.
Верхние углы крышки редуктора можно скруглить радиусом или оформить прямыми линиями под углом 450, выдерживая расстояние «а» (рис. 3.11).

Проводим наружную поверхность стенки корпуса на расстоянии δ от внутренней

поверхности по всему контуру редуктора.Толщина стенки δ корпуса была определена в п. 2.3.1.5.
Намечаем фланцы крышки и основания корпуса их толщина δ₁ должна быть не

менее 1,5δ. Ширина фланца с боковых сторон корпуса k₃, диаметр отверстия d₀₃ и

положение центра отверстия с₃ под болт диаметром d₃ определены в п. 2.3.1.5 и уже

отмечены на первой компоновке.
Для жесткой фиксации подшипников на стенке крышки и основания корпуса следует предусмотреть специальные приливы (бобышки). В бобышках выполняются отверстия

диаметром D₃ и D₄, соответствующие наружным диаметрам подшипников входного и выходного валов (рис. 3.12). Наружный диаметр бобышек D_б3 и D_б4 при

использовании закладных крышек
подшипниковых узлов (см. п. 2.3.1.6) можно определить как
D_б3 = 1,4 D₃ и D_б4 = 1,4 D₄. Контуры бобышек под подшипники (окружности диаметром D₃, D4, D_б3, D_б4) проводим на компоновке редуктора. Для прочерчивания болтов,

соединяющих крышку и основание редуктора у подшипников (болт диаметром d₂)

проводим оси отверстий под болты в соответствии с их положением на

горизонтальной компоновке. Намечаем стенки отверстий. Обычно отверстия по

касательной пересекает построенную бобышку под подшипник. Выполнять такое

отверстие и устанавливать в нем болты крайне сложно. Необходимо предусмотреть

специальные приливы (бобышки) под головку и гайку болта. Форма и размеры

бобышек определяются типом и размером болтов. Наиболее просто вопросы решаются при использовании болтов с шестигранной уменьшенной головкой по ГОСТ 7796-70.

Рис. 3.12 Проектирование бобышек

Таблица 3.8 Болт с шестигранной уменьшенной головкой класса точности В
(из ГОСТ 7796-70)

Размер l (мм) в указанных пределах брать из ряда чисел: 30, 35, 40, 45, 50, 55,
60, 65, 70, 75, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150.
Пример условного обозначения болта диаметром резьбы d = 12 мм, длиной l = 60 мм с крупным шагом резьбы: «Болт М12х60 ГОСТ 7796-70»
Следует выписать обозначение и основные размеры выбранных в п. 2.3.1.5 болтов.
Определяя высоту бобышки h под болт d₂ и её ширину следует относительно оси

болта наметить габариты головки болта D (рис. 3.13).
Рис. 3.13 Проектирование бобышек под болты

Поверхность бобышки, на которую должна опираться головка болта (размер h)

проводим таким образом, чтобы от габаритного размера головки болта до наружной поверхности бобышки под подшипник выдерживалось расстояние (3…5) мм. Это

позволит не только надежно установить головку болта и гайку, но и создаст

удобства при использовании инструмента для затяжки гайки.

Опирать головку болта и гайку непосредственно на поверхность бобышки не

рекомендуется, так как полученнаялитьем поверхность имеет значительную шероховатость.Следует предусмотреть местную обработку (цековку) опорной поверхности бобышки вокруг отверстия под болт со стороны головки и гайки.
Диаметр обрабатываемой поверхности D₂ должен быть больше диаметра головки

болта или гайки
D₂ = D + (3…4) мм.
Глубина обработки t строго не регламентируется. Можно принимать t ≈ (1…2) мм.
Под гайку болта с целью уменьшения вероятности самоотвинчивания гайки

рекомендуется устанавливать пружинную шайбу по ГОСТ 6402-70.

Таблица 3.9 Шайбы пружинные (из ГОСТ 6402-70)

Пример условного обозначения нормальной пружинной шайбы из стали
65Г для болта диаметром резьбы d = 12мм: «Шайба 12 65Г ГОСТ 6402-70».
Гайку, обеспечивающую затяжку соединения, можно принимать
по ГОСТ 15521-7 в соответствии с резьбой принятых болтов.

Таблица 3.10 Гайки шестигранные с уменьшенным размером «под ключ» класса точности В (из ГОСТ 15521-70)

Пример условного обозначения гайки с диаметром резьбы d = 12 мм, крупным

шагом: «Гайка М12 ГОСТ 15521-70».
На чертеже редуктора одно из болтовых соединений необходимо показать в разрезе.
При проектировании литых корпусных деталей следует отделять обрабатываемые

поверхности от «черных» (необрабатываемых). Места, подлежащие обработке должны выделяться над основной черной поверхностью детали, образуя платики. Высота

платиков после обработки h_п должна быть

h_п = (0,4…0,5) δ, где δ толщина стенки корпуса.
Опорную поверхность основания корпуса удобно выполнять в виде двух платиков,

расположенных в местах установки болтов. Такое расположение снижает расход

металла и уменьшает время обработки опорных поверхностей. При проектировании

элементов крепления редуктора в виде фланцев (рис. 3.14), опорные поверхности

выполняют как два длинных параллельно расположенных платика. Ширина платика

l = К₁ + 2δ, толщина фланца при отсутствии специальных приливов под болты

h_ф ≈ 2,35δ.

Количество фундаментных болтов, зависит от габаритов редуктора; при межосевом
расстоянии а₁₂ ≤ 250 мм можно принимать число болтов п = 4, по два с каждой стороны

редуктора. Располагать отверстия на фланцах следует на расстоянии примерно 2 d₀₁

от кромок фланцев.

Рис. 3.14 Проектирование опорных фланцев редуктора

Следует обратить внимание на обеспечение возможности строгой фиксации крышки редуктора относительно основания. Это требование обусловлено прежде всего тем,

что подшипниковые гнезда в корпус должны иметь правильную цилиндрическую

форму. При сборке редуктора, во время затяжки болтов, соединяющих основание

корпуса с крышкой, возможно смещение крышки относительно основания, что

вызовет деформацию наружных колец подшипников, имеющих малую жесткость, шум

подшипников при работе и снижение их срока службы.
Точность фиксирования достигается установкой штифтов, которые располагаются на возможно большем расстоянии друг от друга, обычно во фланцах крышки и основания корпуса.
Диаметр штифтов d_шт = (0,7…0,8) d₃ ,
где d₃ – диаметр крепежного болта, соединяющего крышку и основание корпуса.
Обычно применяют два конических штифта. Штифты стандартизованы, их параметры

можно выбрать по [1, 4, 6]. Некоторые значения размеров конических штифтов

приведены ниже.
Таблица 3.11 Штифты конические (из ГОСТ 3129-70)

Конкретные значения размера L брать из ряда чисел: 16, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60.
Пример условного обозначения конического штифта d_шт = 10, L = 35 мм:
«Штифт 10х35 ГОСТ 3129-70».
В курсовой работе, при установке штифтов во фланце, длину L штифтов следует

принимать на (8…10) мм больше суммарной толщины фланцев крышки и основания корпуса. Обозначение принятых штифтов следует привести в пояснительной записке.

2.3.3 Проектирование вспомогательных элементов редуктора

2.3.3.1 Проектирование крышек люков

Для заливки масла в редуктор и контроля состояния зубчатых колес в корпусе

делают люки. Для удобства контроля размеры люков должны быть максимально

возможными и располагаться в верхней части корпуса. Люки обычно делают

прямоугольной формы и закрывают крышками, изготовленными из стального листа или

литыми из чугуна.
Простейший вариант крышки, применяемый обычно в мелкосерийном производстве

показан на рис. 3.15.

Рис. 3.15 Крышка люка

Для того чтобы внутрь корпуса извне не засасывалась пыль, под крышку ставят

уплотняющую прокладку. Материал прокладки – технический картон марки А толщиной (1,0…1,5) мм или техническая резина марки

МБС толщиной (2…3) мм привулканизированная к крышке. Можно принимать: длину

люка L = (100…140) мм, ширину В на (25…35) мм меньше ширины крышки корпуса,диаметр винтов крепящих крышку d = (6…8) мм, длину крышки L₁ = L + (25…30) d,ширину В₁ = В + (20…25) мм.
В крышке люка удобно располагать пробковую отдушину. Отдушина либо вставляетсяв отверстие в крышке люка и фиксируется сваркой, либо ввинчивается. Крышку люкас отдушиной следует представлять в этом случае как узел, входящий в редуктор.

Пример крышки люка с отдушиной показан на рис. 3.16.

Рис. 3.16
Толщину крышки δ_к в этом случае можно увеличить до δ_к = (5…6) мм.
Более подробно о возможных вариантах использования крышек люков, в том числе и

при массовом производстве, следует смотреть в [1, 6, 7].

2.3.3.2 Проектирование отдушин

При длительной работе в связи с нагревом масла и воздуха повышается давление

внутри корпуса, что приводит к просачиванию масла через уплотнения и стыки.

Чтобы избежать этого внутреннюю полость корпуса сообщают с внешней средой

путем установки отдушины в его верхней точке. Наибольшее применение находят

отдушины, показанные на рис. 3.17.
Отдушины устанавливаются либо в крышку люка смотрового отверстия, либо в

специальные отверстия в крышке корпуса.

Рис. 3.17
2.3.3.3 Проектирование маслоуказателя

Для контроля за уровнем масла в редукторе устанавливают маслоуказатели различных

типов. Наибольшее распространение получили маслоуказатели жезловые (щупы)

рис. 3.18, маслоуказатели крановые рис. 3.19

Рис. 3.18

Рис. 3.19

или в виде пробок с конической резьбой рис. 3.20 и рис. 3.21 в).

Рис. 3.20

Более подробно о типах и конструкциях маслоуказателей и их использовании следуетсмотреть в [1, 4, 6].

2.3.3.4 Проектирование маслосливных отверстий

При работе передачи продукты изнашивания постепенно загрязняют масло. С

течением времени оно стареет, свойства его ухудшаются. Поэтому масло, залитое в

редуктор, периодически меняют. Для замены масла в корпусе предусматривают сливное отверстие, закрываемое пробкой. Пробки могут иметь цилиндрическую (рис. 3.21 а, б)

или коническую (рис. 3.21 в) резьбу.

Рис. 3.21 Пробки к маслосливным отверстиям

Размеры пробок с цилиндрической резьбой в мм:

d D D₁ L l b t
М 16х1,5 25 21,9 24 13 3 3
М 20х1,5 30 24,5 25 13 4 3

Размеры пробок с конической резьбой в мм.

Конические пробки имеют четырехгранное глухое отверстие под ключ. Цилиндрическая резьба не создает надежного уплотнения. Поэтому под пробку с цилиндрической

резьбой ставят уплотняющие прокладки из фибры, алюминия или паронита. Для этойцели применяют также кольца из маслобензостойкой резины, которые помещают в

канавки глубиной t (рис. 3.21 б) чтобы они не выдавливались пробкой при ее

завинчивании.
Коническая резьба создает герметичное соединение и пробки с этой резьбой

дополнительного уплотнения не требуют, но коническая резьба более трудоемкая в изготовлении и используется как правило в массовом производстве.


2.4 ПРОВЕРОЧНЫЕ РАСЧЕТЫ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
РЕДУКТОРА

Проверочные расчеты выполняются после окончательного определения всех

конструктивных элементов редуктора, т.е. после завершения компоновки. Обычно

проверяются шпоночные соединения, подшипники по динамической грузоподъемности (на заданный ресурс) и проводится уточненный расчет валов (расчет на сопротивление усталости), В рамках курсовой работы, как правило, выполняют проверочные

расчеты шпоночных соединений и подшипников.
Конкретный объем расчетов определяется заданием.


2.4.1 Проверочный расчет шпоночных соединений

Шпоночные соединения выходят из строя, как правило, по двум причинам: срез

шпонки и смятие боковых поверхностей. Относительные размеры стандартных шпонокподобраны таким образом, что по условию среза запас прочности больше. Следовательно,стандартные шпонки достаточно проверять только по условию смятия боковых

поверхностей
σ_см ≤ [σ_см] (4.1)
где σ_см– фактические (расчетные) напряжения смятия; [σ_см] – допускаемые
напряжения смятия.
Величина [σ_см] зависит от многих факторов, но принимается обычно в зависимости

от материала ступицы детали одеваемой на вал. Для стальной ступицы можно

принимать [σ_см] = (100…120) МПа. Для чугунной –[σ_см] = (60…80) МПа.
В рассматриваемом проекте на хвостовик входного вала 2-3 одевается
ведомый шкив; шкивы обычно изготавливают из чугуна марки СЧ-20.
Следовательно, допускаемые напряжения смятия для шпонки установленной на валу

2-3 [σ_см] = (60…80) МПа. На хвостовик выходного вала 4 устанавливается
полумуфта; корпус полумуфты также обычно изготавливают из чугуна и допускаемые
напряжения принимаются как для чугунных ступиц.
Устанавливаемое на выходной вал колесо 4 изготавливают из стали.
Следовательно, допускаемые напряжения для шпонки, установленной под колесом

[σ_см] = (100…120) МПа.
Расчетные напряжения можно определить по формуле
(4.2)
где Т – момент, передаваемый валом, на котором установлена шпонка, Н∙м;
d – диаметр участка вала, на котором установлена шпонка; l_p– рабочая длина
шпонки, при скруглённых торцах шпонки l_p = l - b; h и t₁ – параметры
рассчитываемого шпоночного соединения согласно табл. 3.6 или 3.7.
При выполнении курсовой работы проверяются все шпоночные соединения.

Невыполнение условия (4.1) не допускается. Если перегрузка не превышает 30 %

можно обеспечить работоспособность соединения, увеличив длину шпонки в пределахсуществующей ступицы, либо, увеличив длину ступицы. При большей перегрузке