Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Определение основных параметров зубчатых колесСтр 1 из 3Следующая ⇒
ДЕТАЛИ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ Методические указания и контрольные задания
Утверждены редакционно- издательским советом университета _______________
САМАРА 2010 г.
УДК 621.01 Составитель: Александр Геннадьевич Ленивцев.
Детали машин: Методические указания и контрольные задания /сост. А.Г. Ленивцев,; Самарск. гос. арх.-строит. ун-т. Самара, 2010. – ___с.
Методические указания содержат: теоретическое описание и методики проведения лабораторных работ, задания для выполнения контрольной работы и методические указания к кинематическому расчету привода. Данные методические указания предназначены для студентов специальностей 290700 «Теплогазоснабжение и вентиляция» (4 курс, 7 семестр).
Настоящие методические указания не могут быть полностью или частично воспроизведены, тиражированы (в том числе ксерокопированы) и распространены без разрешения Самарского государственного архитектурно-строительного университета.
© Самарский государственный архитектурно-строительный университет, 2010 Раздел 1. Лабораторная работа № 1 Определение основных параметров зубчатых колес Цель работы: ознакомление с конструкцией зубчатых колес. Общие сведения В современном машиностроении наиболее распространенным типом механических передач являются зубчатые. Они предназначены для передачи движения с соответствующим изменением угловой скорости (момента) по величине и направлению. В этих передачах движение передается с помощью зацепления пары зубчатых колес. Меньшее из них называется шестерней, большее – колесом. Термин “зубчатое колесо'' относится как к шестерне, так и колесу. Параметрам шестерни приписывают индекс 1, параметрам колеса – индекс 2 (например, число зубьев Z1 и Z2). Из всех типов передач зубчатые имеют наименьшие габаритные размеры и потери на трение. Коэффициент потери мощности одной зубчатой пары при тщательном выполнении и надлежащей смазке не превышает обычно 0, 01; зубчатые передачи используют при мощностях, начиная от ничтожно малых (в приборах) до измеряемых десятками тысяч киловатт; они могут работать в самых разнообразных условиях с окружными скоростями от ничтожно малых до 150 м/с и обеспечивать передачу движения между произвольно расположенными в пространстве валами без проскальзывания (с постоянным передаточным отношением). К преимуществам зубчатых передач следует отнести: надежность работы в широком диапазоне нагрузок и скоростей; компактность; долговечность; высокий КПД (0, 94 … 0, 99); сравнительно малые нагрузки на валы и опоры; постоянство передаточного отношения по сравнению с ремёнными передачами; простота обслуживания. Недостатками являются: высокие требования к точности изготовления и монтажа; шум при больших скоростях; значительная жёсткость, не позволяющая компенсировать динамические нагрузки. Отмеченные недостатки не снижают существенного преимущества зубчатых передач перед другими. Поэтому зубчатые передачи наиболее широко распространены во всех отраслях машиностроения и приборостроения. Наибольшее применение имеют передачи с цилиндрическими колёсами как наиболее простые в изготовлении и эксплуатации, надёжные и малогабаритные. Конические, винтовые и червячные передачи применяют лишь в тех случаях, когда это необходимо по условиям компоновки машины. Одним из основных параметров зубчатой передачи является передаточное отношение, т.е. отношение угловой скорости (частоты вращения) шестерни к угловой скорости (частоте вращения) колеса. I = ω 1/ω 2 = n1/n2. (1.1) Если i > 1, т.е. ω 1> ω 2, то передача будет замедляющей (редуктор). В случае, когда i < 1 (ω 1< ω 2), передача называется ускоряющей (мультипликатор). Изменение направления силового потока передачи по отношению к указанному (см. формулу (1.1)) фиксируется соответствующими индексами, например, i2, 1 = ω 2/ω 1. Если направления ω 1 и ω 2 противоположны, то i < 0; при совпадении направлений i > 0, т.е. положительно. Отношение числа зубьев колеса к числу зубьев шестерни называется передаточным числом зубчатой передачи. U = z2/ z1. (1.2) Передаточное число является частным случаем передаточного отношения. В отличие от передаточного отношения передаточное число всегда положительно и больше единицы. Применение '' U '' вместо ''i'' связано с расчетом зубчатых передач по контактным напряжениям (уменьшается вероятность ошибок при расчете). Передаточное число показывает, во сколько раз изменяются частота вращения и вращающий момент с Аазовавшем данной передачи.
Из выражения (1.5) получаем Р0 /π = m; d=m*z, (1.7) где m – окружной делительный модуль зубьев, является основным расчётным параметром и представляет собой рациональное число р0/n, удобное для расчётов. Модуль – величина размерная, измеряется в миллиметрах и является основной характеристикой размеров зубьев. Для пары зацепляющихся колёс модуль должен быть одинаковым. В целях обеспечения взаимозаменяемости зубчатых колёс и унификации зуборезного инструмента значения модуля регламентированы ГОСТ 9563-80. Ряд первый 1; 1, 25; 1, 5; 2; 2, 5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20. Ряд второй 1, 125; 1, 375; 1, 75; 2, 25; 2, 75; 3, 5; 4, 5; 5, 5; 7; 9; 11; 14; 18; 22…
При назначении модулей первый ряд следует предпочитать второму. Если из центра колеса опустить перпендикуляр на нормаль NN, то из образовавшеегося прямоугольного треугольника О2М2Р (см.рис.1.1) следует: dв2 = d2*cosα ω ; z*рв =zр0* cosα ω ; (1.8) рв = р0* cosα ω , (1.9) где рв- основной окружной шаг, т.е. расстояние между одноимёнными профилями соседних зубьев по дуге основной окружности зубчатого колеса. Угол зацепления принимает стандартное значение для эвольвантных колёс и равен 200. Делительная окружность делит зуб на голову и ножку, высота которых соответственно обозначается hа и hf (рис.1.3).
Рисунок 1.3 – Основные геометрические параметры зубчатого зацепления
При этом принимаем hа=m, hf = 1, 25m, откуда общая высота зуба: h= hа + hf =2, 25m. Разница в высоте ножек зубьев одного колеса и высоте головок зубьев другого необходима для образования радиального зазора С= hf – hа =0, 25m (рис 1.3). Выразим основные параметры прямозубых колёс через модуль зацепления. 1.Делительный окружной шаг зубьев р0=π m. (1.10) 2.Высота ножки зуба hf = 1, 25m. (1.11) 3.Высота головки зуба hа = m. (1.12) 4.Радиальный зазор с =0, 25m. (1.13) 5.Диаметр делительной окружности d = m*z. (1.14) 6.Диаметр окружности выступов dа=d+2hа = m*z +2m =m(z+2) (1.15) 7.Диаметр окружности впадин df = d-2hf =m*z – 2, 5m = m(z-2, 5). (1.16) 8.Межосевое расстояние зубчатой передачи aw =(d1 + d2)/2 = d1(1+u)/2 = mz1(1+u)/2. (1.17) 9.Диаметр основной окружности dв = d* cosα ω = m*z cosα ω. (1.18)
У косозубого колеса (см.рис.1.4) расстояние между зубьями (шаг) можно замерять в торцовом (окружном) t-t и нормальном n-n направлениях. В первом случае получим окружной шаг Pt, во втором- нормальный шаг Рn. Различными в этих плоскостях будут и модули зубьев: mt =Рt/ π – окружной модуль зубьев, т.е. линейная величина в π раз меньшая окружного шага зубьев; mn = рn/ π – нормальный модуль зубьев. Согласно рис.1.4 рt = pn/cosβ, следовательно, mt = mn/cosβ, где β = 80…180(угол наклона зубьев).Отсюда получаем cosβ = mn/ mt.
Рисунок 1.4 – Параметры косозубого колеса
Нормальный модуль должен соответствовать ГОСТу и является основной расчётной величиной при расчётах геометрических параметров косозубых колёс. 1.Диаметр делительной и начальной окружностей d = dw= mz=mn *z / cosβ. (1.19) 2.Высота головки косого зуба hа и ножки hf hа=mn; hf =1, 25mn. (1.20) 3.Диаметр окружности вершин (выступов) dа=d +2mn. (1.21) 4.Диаметр окружности впадин df = d – 2, 5mn. (1.22) 5.Межосевое расстояние aw =(d1 + d2)/2 = mn(z1+z2)/(2 cosβ ) = mn*z∑ /(2 cosβ ), (1.23) где z∑ - суммарное число зубьев (z1+z2).
Модуль зубчатого колеса с эвольвентным профилем зуба может быть рассчитан на основании основного закона зацепления: нормаль, проведенная в любой точке соприкасающихся эвольвентных профилей, является касательной к основной окружности. При определении модуля фиксируют размер ℓ 1 (см. рис. 1.5), охватывая штангенциркулем определенное число зубьев К, а затем, охватив на один зуб больше, определяют размер ℓ 2. Чтобы губки штангенциркуля касались в обоих случаях эвольвентных участков профилей, необходимо брать значение К в зависимости от общего числа зубьев колеса Z:
Z 12-18 19-27 28-36 37-45 46-54 55-63 64-72 K 2 3 4 5 6 7 8
В данном случае разность измеренных величин будет соответствовать расстоянию между профилями соседних зубьев по нормали, т.е. будет представлять собой развертку основной окружности, равную основному шагу. Р0 = ℓ 2 - ℓ 1 = π m·cosα ω , (α ω = 200) (1.24) Модуль зацепления определяется из следующего выражения: m = . (1.25)
Рисунок 1.5 – Схема замера шага зубчатого колеса.
Расчетное значение модуля округляем до ближайшего стандартного значения. Полученные при замерах отклонения от стандартных значений являются результатом неточности измерения. Диаметры окружностей выступов и впадин соответственно dа и df при четном числе зубьев Z измеряются с помощью штангенциркуля, как показано на рис.1.6, а, а при нечетном Z замеры производятся в соответствии с рис. 1.6, б, затем вычисляются по формулам: dа = dотв + 2Н' и df = dотв + 2Н''. (1.26) Высота головки зуба ha=(da–d)/2 (1.27) Высота ножки зуба hf = (d – df)/2 (1.28) Диаметр длительной окружности d = mZ (1.29) Диаметр основной окружности dв=d cosα ω (cosα ω = 200). (1.30) Рисунок 1.6 – Схема замера зубчатых колес.
Порядок выполнения работы 1. Подсчитать число зубьев z колеса. 2. Определить необходимое число зубьев К для замера размеров ℓ 1 и ℓ 2. По формуле найти величину основного шага Р0. Таблица 1. 1 Результаты измерений
3.По формуле подсчитать значение модуля (мм) и округлить до ближайшего стандартного значения. 4.По формуле найти значения диаметров выступов и впадин da и df. 5.По формуле рассчитать диаметр делительной окружности d. 6.По формуле определить величину ножки, головки зуба и диаметр основной окружности. В отчёт должны быть включены схемы замеров, результаты расчёта и измерений (табл.1.1 и 1.2). Таблица 1. 2 Результаты вычислений
Контрольные вопросы: 1.В чём достоинства и недостатки зубчатых передач? 2.Как формулируется основная теорема зацепления? 3.Почему в современном машиностроении в основном применяют эвольвентное зацепление? 4.Как изменяется эвольвента с увеличением диаметра основной окружности? 5.Обьясните принципиальное различие между начальной и делительной окружностями. Когда эти окружности совпадают? 6.Дайте определение шага и модуля зацепления. 7.Расскажите методику экспериментального определения шага и модуля зубьев. 8.В чём отличие методики измерения диаметров окружностей выступов и впадин при чётном и нечётном числе зубьев зубчатых колёс? Лабораторная работа №2 Червячный редуктор. Цель работы: ознакомиться с конструкцией червячных редукторов и выяснить назначение деталей, составляющих редуктор. Выполнить температурный расчет редуктора.
Общие сведения о редукторах Червячная передача (рис.2.1) состоит из червяка, представляющего собой винт с трапециидальной или близкой к ней по форме резьбой, и червячного колеса, т.е. зубчатого колеса с зубьями особой формы, получаемой в результате взаимного огибания с витками червяка. Вращение винта с крупным шагом винтовых линий зрительно напоминает извивающихся червей, что по-видимому, и определилоназвания« червяк » и «червячная передача ». Предполагается, что червячную передачу изобрел Архимед. К достоинствам червячных передач относятся: - возможность получения большого редуцирования ( i = 8 ¸ 80 и в отдельныхслучаях до i = 1000); - плавность и бесшумностьработы; - возможностьполучения самотормозящих передач. Рисунок 2.1 – Червячная передача
Недостатками применения червячных передач являются: - необходимость применения дорогостоящих антифрикционных материалов; - во многих случаяхнизкий КПД. Передаточное отношение червячной передачи, учитывая, чтоза один оборот червяка колесо поворачивается на число зубьев, равное числу заходов (витков) червяка, определяется (2.1) где z1, z2 – число заходов червяка и число зубьев колеса; n1 и n2 – частоты вращения червяка и колеса, об/мин.
Рисунок 2.2 – Червячные передачи
В сечении в плоскости вращения червячного колеса и проходящего через ось вращения червяка червячная передача подобна зубчато-реечной передаче. Червяк представляет собой винт с трапецеидальным профилем витков. Кроме червяков с цилиндрической делительной поверхностью применяют также глобоидные червяки (рис. 2.2) с торовой делительной поверхностью, охватывающей часть зубьев червячного колеса. Передачи с глобоидными червяками обладают более высокой по сравнению с обычными червяками несущей способностью вследствие большего числа зубьев червячного колеса, одновременно находящихся в зацеплении. Однако они более сложны в изготовлении, монтаже и регулировке, особенно после некоторого износа зубьев колеса. Ведущим органом в червячной передаче обычно является червяк. Обратимость движения – от червячного колеса к червяку – возможна только при условии, когда угол подъема винтовой линии γ оказывается больше угла трения в сопрягаемой кинематической паре. Обычно этим свойством обладают передачи с многозаходными (трех-, иногда двухзаходными) червяками. Передачи, не обладающие этим свойством (обычно с однозаходными червяками), (называют самотормозящимися , что означает невозможность Амопроизвольного раскручивания червяка (ведущего звена передачи). Внешними нагрузками, приложенными к валу червячного колеса. Червячные передачи вследствие их невысокого КПД работают с большим тепловыделением. Нагрев масла до температуры, превышающей допустимую , приводит к снижению его защитной способности, разрушению масляной пленки и возможности заедания в передаче. Мощность , потерянная на трение в зацеплении и подшипниках, а также на размешивание и разбрызгивание масла, преобразуется в теплоту, нагревающую масло, детали передачи и стенки корпуса, через которые она отводится в окружающую среду. Тепловой расчет червячной передачи при установившемся режиме работы выполняют на основе теплового баланса, т.е. равенства тепловыделения и теплоотдачи Тепловой поток, Вт (тепловая мощность) передачи в одну секунду (2.2) где - КПД червячной передачи; Р1 –мощность на червяке, кВт; , (2.3) здесь Т2 – в Нм; n2 – мин-1. Тепловой поток, Вт (мощность теплоотдачи) наружной поверхности корпуса редуктора в одну секунду , (2.4) Где А – площадь поверхности корпуса, омываемая внутри маслом или его брызгами, а снаружи воздухом, м2. Поверхность днища корпуса не учитывают, так как она не обтекается свободно циркулирующим воздухом. Приближенно площадь А поверхности охлаждения корпуса можно принимать в зависимости от межосевого расстояния (м). (2.5) – Коэффициент, учитывающий отвод тепла от днища редуктора в основание (принять равным 0, 15). – температура воздуха вне корпуса ( 20 оС). – температура масла в корпусе передачи. – коэффициент теплопередачи, характеризующий тепловой поток, передаваемый в секунду одним квадратным метром поверхности корпуса при перепаде температур в один градус (зависит от материала корпуса редуктора и скорости циркуляции воздуха–интенсивности вентиляции помещения). По условию теплового баланса , т.е. (2.6) Отсюда температура масла в корпусе червячной передачи при непрерывной работе без искусственного охлаждения (2.7) Если при расчете получают , то необходимо увеличить поверхность А охлаждения, предусмотрев охлаждающие ребра. Можно применять искусственное охлаждение, например, обдувом корпуса воздухом с помощью вентилятора. В червячных передачах с большим выделением тепла применяют охлаждение масла водой.
Рисунок 2.3 Способы охлаждения червячных редукторов Порядок выполнения работы 1. Ознакомится с конструкцией червячного редуктора. 2. Определить передаточное число и заходность червяка. 3. По предоставленным данным (табл. 2.1) произвести тепловой расчет редуктора и при необходимости подобрать способ охлаждения. Таблица 2.1 Исходные данные для решения задачи
Таблица 2.2 Значения коэффициента КТ от способа охлаждения редуктора
Контрольные вопросы: 1. Как определяется передаточное число червячной передачи? 2. Почему червячные передачи называют самотормозящими? 3. Что означает заходность червяка? 4. Из каких материалов изготавливают червячные передачи? 5. В чем преимущества и недостатки червячных передач? 6. В чем состоит тепловой расчет передач? Почему он особенно важен для червячных передач? 7. Каковы приемы охлаждения редукторов? Раздел 2. Задания для выполнения контрольной работы.
- подобрать электродвигатель; - выбрать передаточные числа передач; - рассчитать силовые параметры на каждой ступени привода.
Варианты заданий определяются по последним двум цифрам шифра студента: предпоследняя – номер задания, последняя – номер варианта и вопроса.
Техническое задание 1 Привод ленточного конвейера
Техническое задание 3 Привод шнека-смесителя
Техническое задание 4 Привод люлечного элеватора
Техническое задание 6 Привод мешалки
Техническое задание 8 Привод ковшового элеватора
Техническое задание 9 Привод подвесного конвейера
Техническое задание 10 Раздел 3. Основные стандарты ПЕРЕДАЧИ ЗУБЧАТЫЕ ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ГОСТ 9563-60. Колеса зубчатые. Модули. ГОСТ 16530-83. Передачи зубчатые. Основные термины, определения и обозначения. ПЕРЕДАЧИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ГОСТ 1643-81. Передачи зубчатые цилиндрические. Допуски. ГОСТ 2185-66. Передачи зубчатые цилиндрические. Основные параметры. ГОСТ 13755-81. Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные. Исходный контур. ГОСТ 16531-83. Передачи зубчатые цилиндрические. Термины, определения и обозначения. ГОСТ 16532-70. Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления. Расчет геометрии. ГОСТ 21354-87. Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления. Расчет на прочность. ПЕРЕДАЧИ КОНИЧЕСКИЕ ГОСТ 1758-81. Передачи зубчатые конические и гипоидные. Допуски. ГОСТ 12289-76. Передачи зубчатые конические. Основные параметры. ГОСТ 13754-81. Передачи зубчатые конические с прямыми зубьями. Исходный контур. ГОСТ 16202-81. Передачи зубчатые конические с круговыми зубьми. Исходный контур. ГОСТ 19325-73. Передачи зубчатые конические. Термины, определения и обозначения. ГОСТ 19326-73. Передачи зубчатые конические с круговыми зубьями. Расчет геометрии. ГОСТ 19624-74. Передачи зубчатые конические с прямыми зубьями. Расчет геометрии. ПЕРЕДАЧИ ЧЕРВЯЧНЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ГОСТ 2144-93. Передачи червячные цилиндрические. Основные параметры. ГОСТ 3675-81. Передачи червячные цилиндрические. Допуски. ГОСТ 18498-89. Передачи червячные. Термины, определения и обозначения. ГОСТ 19036-94. Передачи червячные цилиндрические. Исходный червяк и исходный производящий червяк. ГОСТ 19650-74. Передачи червячные цилиндрические. Расчет геометрии. ГОСТ 19672-74. Передачи червячные цилиндрические. Модули и коэффициенты диаметра червяка. ПЕРЕДАЧИ РЕМЕННЫЕ ГОСТ 1284.1-89. Ремни приводные клиновые нормальных сечений. Основные размеры и методы контроля. ГОСТ 1284.2-89. Ремни приводные клиновые нормальных сечений. Технические условия. ГОСТ 1284.3-96. Ремни приводные клиновые нормальных сечений. Передаваемые мощности. ГОСТ 17383-73. Шкивы для плоских приводных ремней. ГОСТ 20889-88. Шкивы для приводных клиновых ремней нормальных сечений. Общие технические условия. ГОСТ 23831-79. Ремни плоские приводные резинотканевые. Технические условия.
ПЕРЕДАЧИ ЦЕПНЫЕ ЦЕПИ РОЛИКОВЫЕ И ВТУЛОЧНЫЕ ГОСТ 591-69. Звездочки к приводным роликовым и втулочным цепям. Методы расчета и построения профиля зуба и инструмента. Допуски. ГОСТ 13568-75. Цепи приводные роликовые и втулочные. Общие технические условия. ГОСТ 21834-87. Цепи приводные роликовые повышенной прочности и точности. ГОСТ 24399-80. Цепи роликовые. Термины и определения. ЦЕПИ ЗУБЧАТЫЕ ГОСТ 13552-81. Цепи приводные зубчатые. Технические условия. ГОСТ 13576-81. Звездочки для приводных зубчатых цепей. Методы расчета и построение профиля зубьев. Предельные отклонения. МУФТЫ ГОСТ 5006-94. Муфты зубчатые. Технические условия. ГОСТ 14084-93. Муфты упругие со звездочкой. Параметры. Конструкция и размеры. ГОСТ 19107-73. Муфты механические. Ряды номинальных крутящих моментов. ГОСТ 20742-93. Муфты цепные. Параметры и размеры. ГОСТ 20761-80. Муфта фланцевые. Основные параметры. Габаритные и присоединительные размеры. ГОСТ 20884-93. Муфты упругие с торобразной оболочкой. Типы, параметры и размеры. ГОСТ 21424-93. Муфты упругие втулочно-пальцевые. Параметры и размеры.
ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ГОСТ 520-89. Подшипники качения. Общие технические условия. ГОСТ 3189-89. Подшипники шариковые и роликовые. Система условных обозначений. ГОСТ 3395-89. Подшипники шариковые и роликовые. Типы и конструктивные разновидности. ГОСТ 3478-79. Подшипники качения. Основные размеры. ГОСТ 18854-94. Подшипники качения. Статическая грузоподъемность. ГОСТ 18855-94. Подшипники качения. Динамическая расчетная грузоподъемность и расчетный ресурс (долговечность). ГОСТ 20918-75. Подшипники качения. Методы расчета предельной частоты вращения. ТИПЫ ПОДШИПНИКОВ ГОСТ 831-75. Подшипники шариковые радиально-упорные однорядные. Типы и основные размеры. ГОСТ 832-78. Подшипники шариковые радиально-упорные сдвоенные. Типы и основные размеры. ГОСТ 4252-75. Подшипники шариковые радиально-упорные двухрядные. Основные размеры. ГОСТ 5377-79. Подшипники роликовые радиальные с короткими цилиндрическими роликами без внутреннего или наружного кольца. Типы и основные размеры. ГОСТ 5721-75. Подшипники роликовые радиальные сферические двухрядные. Типы и основные размеры. ГОСТ 6364-78. Подшипники роликовые конические двухрядные. Основные размеры. ГОСТ 7634-75. Подшипники радиальные роликовые многорядные с короткими цилиндрическими роликами. Типы и основные размеры. ГОСТ 7872-89. Подшипники упорные шариковые однорядные и двойные. Основные размеры. ГОСТ 8328-75. Подшипники радиальные роликовые с короткими цилиндрическими роликами. Типы и основные размеры. ГОСТ 8338-75. Подшипники шариковые радиальные однорядные. Основные размеры. ГОСТ 23526-79. Подшипники роликовые упорные с цилиндрическими роликами однорядные. Типы и основные размеры. |
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-17; Просмотров: 442; Нарушение авторского права страницы