648
.pdfСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Б.В. ГЛУХОВ, В.Ю. ИГНАТЮГИН
ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
Учебное пособие
Допущено УМО вузов РФ по образованию в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по специальности «Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные машины
иоборудование» направления подготовки «Транспортные машины
итранспортно-технологические комплексы»
Новосибирск
2012
1
УДК 621.81 (075.8) ББК 34.44
Г554
Глухов, Б.В.
Г554 Детали машин и основы конструирования: Учеб. пособие / Б.В. Глухов, В.Ю. Игнатюгин. – Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2012. – 190 с.
ISBN 978-5-93461-580-3
Содержатся указания к выполнению лабораторных, практических и самостоятельных работ по дисциплине «Детали машин и основы конструирования», алгоритмы расчётов соединений, передач, валов, подшипников и приводов. Приведены необходимые справочные материалы и примеры расчёта деталей машин для организации самостоятельной работы и подготовки к экзаменам.
Предназначено для студентов направления 190109 «Наземные транспортно-технологические средства» специализации «Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные средства и оборудование» и других механических специальностей дневной и заочной форм обучения.
УДК 621.81 (075.8) ББК 34.44
Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия.
Ответс твенный редактор д-р техн. наук, проф. В.Н. Анферов
Рец ензенты:
кафедра «Теория механизмов и машин и детали машин» Новосибирской государственной академии водного транспорта (завкафедрой д-р техн. наук, проф. А.М. Барановский)
завкафедрой «Машиноведение» Новосибирского государственного педагогического университета канд. техн. наук, проф.
В.М. Потапов
ISBN 5-93461-580-3
©Глухов Б.В., Игнатюгин В.Ю., 2012
©Сибирский государственный университет путей сообщения, 2012
2
ПРЕДИСЛОВИЕ
В соответствии с Государственным образовательным стандартом направления подготовки 190109 для освоения теоретического материала дисциплины «Детали машин и основы конструирования» предусмотрены лабораторные, практические и самостоятельные работы. Для максимального закрепления теоретического материала изданы учебные пособия с примерами решения задач расчёта деталей машин: «Курс деталей машин», «Курсовое проектирование деталей машин» и «Конструирование деталей машин».
Данное учебное пособие является завершающей работой серии из четырёх учебных пособий по курсу «Детали машин и основы конструирования», предназначенной повысить качество знаний студентов. В полном объёме серия может быть использована в системе дистанционного обучения. В работе использован многолетний опыт ведения занятий в СГУПСе.
Лабораторная работа № 1
АНАЛИЗ ЗУБЧАТОГО РЕДУКТОРА
Цель работы: изучение конструкции двухступенчатого редуктора, последовательности его разборки и сборки; определение передаточных чисел и выполнение геометрических расчётов цилиндрической передачи; изучение правил выполнения спецификаций, кинематических схем и эскизов сборочных единиц.
Оборудование и инструмент: редукторы различных типов,
набор гаечных ключей, штангенциркуль.
Общие сведения
Редуктором называют устройство, содержащее передачи зацеплением в закрытом корпусе, предназначенное для уменьшения угловой скорости и повышения вращающего (крутящего) момента.
3
Установка передачи в отдельном корпусе гарантирует точность сборки, лучшую смазку, высокий КПД, малый износ, защиту от попадания в неё пыли и грязи. В зависимости от общего передаточного числа up редукторы выполняют одно- и многоступенчатыми (двух- и трёхступенчатыми). По относительному расположению валов их выполняют по развёрнутой и соосной схемам, по относительному движению колёс – делят на рядовые и планетарные.
Основанием для точного фиксирования валов служит чугунный литой или стальной сварной корпус с крышкой. Соприкасающиеся поверхности корпуса и крышки подвергают механической обработке, чтобы они плотно прилегали друг к другу. В конце процесса сборки эти поверхности покрывают пастой «Герметик», препятствующей просачиванию жидкого масла наружу, и крепят между собой стяжными болтами (винтами).
Для предотвращения самоотвинчивания под гайки болтов и головки винтов ставят пружинные шайбы (гровера). Отверстия под болты центрируют двумя коническими или цилиндрическими штифтами, поставленными на максимальном удалении. Для зашиты подшипников от пыли, грязи, а также для предупреждения утечки смазки из корпуса редуктора устанавливают уплотнения подшипниковых узлов, а для регулирования подшипников и зацепления – набор стальных прокладок.
Крутящий момент от вала к зубчатым колёсам и муфтам передаётся посредством шпонок. В крышке редуктора спроек-
тирован люк, предназначенный для осмотра внутренних частей, контроля правильности зацепления и заливки масла.
Для подъёма и транспортировки редуктора имеются крюки и захваты, отлитые заодно с корпусом или крышкой. Этой же цели служат рым-болты (грузовые болты), ввинчиваемые в крышку. Редуктор крепится к раме или фундаменту болтами за фланцы, находящиеся у основания корпуса.
Повседневный контроль за уровнем масла в корпусе редуктора производится посредством маслоуказателя. При работе передачи масло, предназначенное для смазки зубчатых колёс и подшипниковых узлов, периодически меняют, так как с течением времени оно постепенно загрязняется продуктами износа, а его свойства ухудшаются. Для слива масла в корпусе редуктора пре-
4
дусматривают отверстие, закрываемое пробкой с прокладкой из маслостойкой резины или латуни. Применяют также пробки с трубной конической резьбой, обеспечивающие герметичность соединения без прокладок.
Таким образом, редуктор содержит следующие группы дета-
лей:
–корпусные детали: корпус, крышку, подшипниковые крышки и прокладки или компенсирующие кольца, уплотнительные устройства, крышку люка, маслоуказатель, маслосливную пробку с прокладкой и др.;
–валы и вал-шестерни;
–зубчатые колёса;
–крепёжные детали: болты, винты, гайки, рым-болты, шайбы и др.;
–подшипники качения;
–шпонки.
Кинематическая схема редуктора
Кинематические схемы выполняют по ГОСТ 2.703, элементы кинематики – по ГОСТ 2.770. Пример кинематической схемы коническоцилиндрического редуктора приведен на рис. 1.1.
Элементы кинематики
вычерчивают линиями видимого контура толщиной s = = 0,4…1,5 мм без соблюдения масштаба, но с сохранением приблизительного соотношения размеров. Валы изобра-
жают прямыми сплошными линиями толщиной 1,5s. Очер-
тания редуктора ограничивают сплошной тонкой линией, осевые линии и делительные окружности – штрихпунктирными линиями.
1 |
3 |
4 |
|
|
||
z=19 |
|
m= 4 |
|
z=67 |
|
III |
|
z=21 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
5 |
|
|
|
36205 |
6 |
2 |
7 |
II |
|||
|
36207 |
z=76 |
310 |
Рис. 1.1. Кинематическая схема коническо-цилиндрического редуктора
5
Валы нумеруют римскими цифрами в направлении потока мощности (вал I – быстроходный). Номер вала указывают римской цифрой над полкой линии-выноски. Сама линия-выноска оканчивается на валу стрелкой. Элементы схемы нумеруют арабскими цифрами. Под полкой указывают модуль, число зубьев (для зубчатых колес) и номер подшипника. Примеры кинематических схем приводов приведены также в Стандарте организации [8] и учебном пособии [2].
Расчётные зависимости
Передаточное число u одной зубчатой передачи
u |
z2 |
, |
(1.1) |
|
z1 |
||||
|
|
|
где z2 – число зубьев колеса; z1 – число зубьев шестерни (шестерня – колесо с меньшим числом зубьев).
Передаточное число редуктора uр определяется как произведение передаточных чисел u1, u2, …, un отдельных ступеней ре-
дуктора; для двухступенчатого редуктора
u |
|
u |
u |
|
|
z2 |
|
z4 |
. |
(1.2) |
|
|
|
z |
|
||||||||
|
р |
1 |
|
2 |
|
|
z |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
Основные геометрические параметры цилиндрической зубчатой передачи: модуль зацепления, делительные диаметры, диаметры вершин и впадин, межосевое расстояние. Модуль зацепления m, мм, следует определить одним из двух способов; пер-
вый способ – по диаметру вершин:
m |
da |
(1.3) |
, |
(z / cos ) 2
где da – диаметр вершин (шестерни или колеса), мм; измеряется штангенциркулем; z – число зубьев (шестерни или колеса); – угол наклона линии зуба; для прямозубых колес = 0 и cos = 1; для косозубых колес ориентировочно = 10...15 ; полученное численное значение модуля следует округлить по ГОСТ 9563, значения стандартных модулей приведены в табл. 1.1.
6
|
|
|
|
Таблица 1.1 |
|
Значения модулей зубчатых колёс m, мм |
|
||
|
|
(извлечение из ГОСТ 9563) |
|
|
|
|
|
|
|
1-й ряд |
|
2-й ряд |
1-й ряд |
2-й ряд |
|
|
|
|
|
1,5 |
|
1,75 |
5 |
5,5 |
2 |
|
2,25 |
6 |
7 |
2,5 |
|
2,75 |
8 |
9 |
3 |
|
3,5 |
10 |
11 |
4 |
|
4,5 |
12 |
14 |
Примечание. При назначении модулей 1-й ряд следует предпочитать
2-му.
Делительные диаметры:
d1 mz1 /cos ; d2 mz2 /cos ; (1.4)
диаметры вершин (уточнённые, при стандартном модуле):
da1 m(z1 /cos 2); |
da2 |
m(z2 |
/cos 2); |
(1.5) |
диаметры впадин: |
|
|
|
|
df1 m(z1 /cos 2,5); |
df 2 |
m(z2 |
/cos 2,5); |
(1.6) |
делительное межосевое расстояние |
|
|
||
a (d1 d2 )/ 2 0,5m(z1 z2 )/cos . |
(1.7) |
В формулах (1.4) ... (1.7) используется стандартный модуль.
Второй способ заключается в измерении высоты зуба и оп-
ределении модуля из формулы
h ha hf |
m 1,25m 2,25m. |
(1.8) |
Использование стандартных параметров
В разделе «Стандартные изделия» спецификации (см. рис. 1.3) необходимо привести обозначения шпонок по типу «Шпонка 10×8×50 ГОСТ 23360–78», где цифры означают: b = 10 мм – ширина шпонки, h = 8 мм – высота, l = 50 мм – длина (рис. 1.2). Размеры шпонок принимают по диаметру вала, на котором расположена шпонка. Размеры призматических шпонок приведены в табл. 1.2.
7
l |
d
lст |
lр |
см |
см |
|
2 |
|
|
t |
h |
|
|
1 |
|
t |
||
b |
|
|
T T
Рис. 1.2. Соединение призматической шпонкой
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.2 |
||
|
|
|
Размеры призматических шпонок и пазов, мм |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
(извлечение из ГОСТ 23360) |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вал |
|
|
Шпонка |
|
|
Шпоночный паз |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Предельные отклонения |
|
|
|
|
||
d |
|
b |
h |
|
ширины нормального |
|
Глубина |
|
||||
|
(h9) |
(h9) |
l(h14) |
|
соединения |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Свыше |
|
До |
|
|
|
b |
Вал (N9) |
Втулка(Js9) |
Вал t1 |
Втулка t2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17 |
|
22 |
6 |
6 |
14–70 |
5 |
0 |
±0,015 |
3,5 |
+0,1 |
2,8 |
+0,1 |
|
–0,030 |
0 |
0 |
|||||||||
22 |
|
30 |
8 |
7 |
18–90 |
6 |
0 |
±0,018 |
4 |
|
3,3 |
|
30 |
|
38 |
10 |
8 |
22–110 |
8 |
–0,036 |
5 |
|
3,3 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
38 |
|
44 |
12 |
8 |
28–140 |
10 |
0 |
|
5 |
|
3,3 |
|
44 |
|
50 |
14 |
9 |
36–160 |
14 |
±0,021 |
5,5 |
|
3,8 |
+0,2 |
|
50 |
|
58 |
16 |
10 |
45–180 |
16 |
–0,043 |
6 |
+0,2 |
4,3 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
0 |
4,4 |
0 |
58 |
|
65 |
18 |
11 |
50–200 |
18 |
|
|
||||
|
|
|
|
|||||||||
65 |
|
75 |
20 |
12 |
56–220 |
20 |
|
|
7,5 |
|
4,9 |
|
75 |
|
85 |
22 |
14 |
63–250 |
22 |
0 |
±0,026 |
9 |
|
5,4 |
|
85 |
|
95 |
25 |
14 |
70–280 |
25 |
–0,052 |
9 |
|
5,4 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
95 |
|
110 |
28 |
16 |
80–320 |
28 |
|
|
10 |
|
6,4 |
|
Длины: 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400
Материал – сталь чистотянутая для шпонок по ГОСТ 8787
8
В конструкциях редукторов не все размеры, входящие в обозначение шпонки, являются доступными для измерения. Для определения таких размеров предлагается следующая схема.
1.Определить по обозначению подшипника его внутренний диаметр; так, у подшипника 307 d = 35 мм (07×5).
2.Принять диаметр подступичной части вала на 5…10 мм больше диаметра d с округлением до стандартного (прил. И).
3.Принять из табл. 1.2 размеры сечения b × h по диаметру подступичной части.
4.Измерить длину ступицы штангенциркулем или линейкой.
5.Принять длину шпонки примерно на 5 мм меньше длины ступицы и округлить её по стандарту (табл. 1.2).
Заполнение спецификаций
Спецификация – основной конструкторский документ, кото-
рый составляется на сборочные чертежи. Правила заполнения спецификаций регламентированы ГОСТ 2.106 и изложены в Стандарте организации [8].
При выполнении лабораторной работы некоторые графы и разделы спецификации можно не заполнять. Следует заполнить разделы «Сборочные единицы», «Детали» и «Стандартные изделия». В раздел «Сборочные единицы» литой конструкции редуктора можно включить перечень несложных сборочных единиц, например: «Крышка люка», «Маслоуказатель фонарный» и др. Образцы заполнения спецификаций приведены на рис. 1.3, в Стандарте организации [8] и в учебном пособии [3].
Вразделе «Детали» изделия рекомендуется группировать по конструктивному признаку: корпусные детали, зубчатые колёса, валы, крышки подшипников, прокладки регулировочные, кольца уплотнительные и т.д. Наименование записывают в именительном падеже существительного, например: «Колесо зубчатое», «Прокладка регулировочная» и т.п. Для зубчатых колёс в графе «Примечание» приводят значения модуля и числа зубьев. В конце раз-
дела оставляют свободными 3...5 строк.
Вразделе приводят наименования деталей, не входящих в раздел «Стандартные изделия». Следует помнить, что кольцо уплотнительное, изготовляемое из войлока, является деталью, а резинометаллическая манжета – стандартным изделием. Крышки подшипниковые могут быть и стандартными изделиями (см.
прил. В [3]), и деталями. Наименование «Пробка М16» записывают в разделе «Детали».
9
Рис. 1.3. Образец заполнения спецификации (начало)
10