Laboratorny_praktikum
.pdfФедеральное агентство по образованию Сибирский государственный аэрокосмический университет
имени академика М. Ф. Решетнева
О С Н О В Ы
КОНСТРУИРОВАНИЯ М А Ш И Н
Механические передачи и соединения деталей машин
Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве лабораторного практикума
для студентов всех технических специальностей
Красноярск 2009
2
УДК
ББК
Основы конструирования машин. Механические передачи и соединения деталей машин: Лабораторный практикум для студентов всех технических специальностей / Т. Т. Ереско, Н. А. Смирнов, Г. Г. Назаров, Н. А. Стариков. 3- изд.,перераб. и доп.; Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева. – Красноярск, 2009. – 112 с.
В практикуме систематизирована соответствующая тематика основ конструирования машин. Рассмотрены передачи зацеплением: зубчатые, червячные, зубчато-волновые и планетарные, отличающиеся принципом действия при передаче вращающего момента. Описаны болтовые и клеммовые соединения, работающие при затянутых болтах и за счет сил трения
© Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева, 2009
3
|
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Предисловие…………………………………………………………………..4 |
|
||
1. |
Механические передачи……………………………………………… .. 5 |
|
|
|
Лабораторная работа 1.1. Изучение конструкции |
|
|
|
цилиндрического двухступенчатого редуктора……………………… |
8 |
|
|
Лабораторная работа 1.2. Изучение конструкции |
|
|
|
коническо-цилиндрического редуктора………………………… |
…….18 |
|
|
Лабораторная работа 1.3. Изучение конструкции червячного |
||
|
редуктора………………………………………………………… |
………24 |
|
|
Лабораторная работа 1.4. Изучение конструкции |
|
|
|
планетарного редуктора………………………………………………… |
33 |
|
|
Лабораторная работа 1.5. Изучение конструкции волнового |
||
|
зубчатого редуктора…………………………………………… |
………39 |
|
|
Лабораторная работа 1.6. Определение коэффициента полезного |
||
|
действия редуктора с прямозубыми цилиндрическими колесами… 46 |
||
|
Лабораторная работа 1.7. Изучение работы фрикционной |
||
|
лобовой передачи……………………………………........................... 53 |
|
|
2. |
Лабораторная работа 1.8. Изучение работы ременной передачи….. 64 |
||
Соединения деталей машин………………………………………….. 72 |
|
||
|
Лабораторная работа 2.1. Исследование затянутого болтового |
||
|
соединения………………………………………………..................... 73 |
|
|
|
Лабораторная работа 2.2. Испытание болтового соединения, |
||
|
работающего на сдвиг ………………………………………………... 85 |
|
|
|
Лабораторная работа 2.3. Испытание клеммовых |
|
|
|
соединений………… |
……………………………………………………93 |
|
3. Общие методические рекомендации по оформлению
лабораторных работ………………………………… |
………………… 104 |
3.1. Техника безопасности …………………………………………….105 |
|
Библиографический список…………………………………………… |
.106 |
Приложения……………………………………………………………….107 |
|
4
ПРЕДИСЛОВИЕ
Курс «Детали машин и основы конструирования» завершает общетехническую подготовку инженера. Основными задачами курса являются изучение конструкций, типажа и критериев работоспособности деталей машин, сборочных единиц (узлов) и агрегатов; изучение основ теории совместной работы (сопряжений) деталей машин и методов их расчета; развитие навыков конструирования и технического творчества.
Практикум является переработанным и дополненным изданием «Основы конструирования машин», выпущенном в 2003 году; содержит наряду с необходимым теоретическим материалом методические указания к выполнению одиннадцати лабораторных работ.
Целью данного издания является освоение студентами теоретического материала и приобретение практических навыков самостоятельного решения поставленных технических задач, что необходимо в инженерной подготовке.
Лабораторный практикум представлен двумя темами: «Механические передачи», «Соединения деталей машин».
Вразделе «Механические передачи» рассмотрены конструкции редукторов: цилиндрического, коническо-цилиндрического, червячного, планетарного
иволнового, а также лабораторные работы по изучению принципа работы и исследованию коэффициентов полезного действия цилиндрической передачи и передач трением (лобовая фрикционная передача и ременная). При изучении конструкций редукторов производится обязательная их разборка и сборка, замеры основных параметров, а также определение их аналитическим путем.
Впередачах трением определяются зависимости коэффициентов проскальзывания от сил прижатия, моментов нагрузки и других параметров.
Вразделе «Соединения деталей машин» приводится методика испытания болтового и клеммового соединений. Исследуется работа болтового соединения с затянутым болтом и болтового соединения, работающего на сдвиг, а также изучение зависимости осевого усилия воспринимаемого клеммовым соединением от усилия затяжки болта.
Каждая лабораторная работа содержит теоретический материал, рисунки, таблицы, конструкцию редуктора или прибора, методику проведения работы, требования к содержанию отчета, контрольные вопросы для защиты работы.
Втретьей главе, как заключительной части лабораторного практикума, приводятся рекомендации по расчетно-графической части и оформлению лабораторных работ, их защите, а также правила техники безопасности.
Вконце практикума приведен библиографический список литературы и приложения.
5
1. МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
Механические устройства, применяемые для передачи энергии от ее источника к потребителю с изменением угловой скорости или вида движения, называют механическими передачами. Передавая механическую энергию, передачи одновременно могут выполнять следующие функции:
–понижать и повышать угловые скорости, соответственно повышая или понижая вращающие моменты;
–преобразовывать один вид движения в другой (вращательное в воз- вратно-поступательное, равномерное в прерывистое и т.д.);
–регулировать угловые скорости рабочего органа машины;
–реверсировать движение (осуществлять прямой и обратный ход);
–распределять работу двигателя между несколькими исполнительными органами машины.
В современном машиностроении применяются механические, пневматические, гидравлические и электрические передачи. В настоящем лабораторном практикуме рассматриваются наиболее распространенные из механических передач: передачи зацеплением – зубчатые, червячные, планетарные, волновые; передачи трением – фрикционные и ременные. В передачи зацеплением вхо-
дят и цепные передачи.
Все передачи трением имеют повышенный износ рабочих поверхностей, так как в них неизбежно проскальзывание одного звена относительно другого.
В зависимости от способа соединения ведущего и ведомого звеньев существует несколько видов передач:
1.передачи непосредственного контакта – зубчатые, червячные,
планетарные, волновые и фрикционные;
2.передачи с гибкой связью – ременные. Сюда относят и цепные передачи. Передачи с гибкой связью допускают значительные расстояния между ведущим и ведомым валами.
Особенности каждой передачи и ее применения определяются следую-
щими основными характеристиками: мощностью на ведущем Р1 и ведомом Р2 валах; угловой скоростью ведущего ω1 и ведомого ω2 валов (рис.1.1).
Эти две основные характеристики необходимы для выполнения проектного расчета любой передачи.
Дополнительными характеристиками являются.
1. Механический КПД передачи η
|
η = |
Р2 |
= |
T2 |
, |
|
|
|
|||
|
|
Р |
T ×u |
||
|
1 |
|
1 |
|
|
где Р1 – |
мощность на быстроходном валу; Р2 – мощность на тихоходном валу; |
||||
T1 и T2 – |
вращающие моменты соответственно на ведущем и ведомом ва- |
||||
лах; u – |
передаточное отношение соответственно на ведущем и ведомом валах. |
||||
6
Для многоступенчатой передачи, состоящей из нескольких отдельных последовательно соединенных передач, общий КПД
ηобщ = η1 × η2 ... ηn ,
где η1, η2 … ηn – КПД каждой передачи (зубчатой, червячной, ременной). 2. Окружная скорость v ведущего или ведомого звена, м/с
|
v = |
|
ω× D |
, |
|
|
|
|
|||||
|
×1 000 |
|
|
|
|
|
|||||||
2 |
|
ω – угловая скорость, сек-1. |
|||||||||||
где D – диаметр колеса, катка, шкива и т. д., мм, |
|||||||||||||
Окружные скорости обоих звеньев |
при |
отсутствии |
скольжения рав- |
||||||||||
ны, т. е. v1= v2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
3. Окружное усилие передачи F (рис. 1.1), Н |
|
||||||||||||
|
F = |
2 ×Т1 |
, |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
D1 |
|
|
|
|
|
|||
где Т1 – вращающий момент ведущего вала, |
Н·мм; D1 – |
диаметр ведущего |
|||||||||||
звена, мм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
4. Вращающий момент Т (рис.1.1), Н·мм |
|
|
|
|
|
||||||||
T = |
F × D |
или |
T = 106 |
P |
, |
|
|||||||
|
|
|
|||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ω |
|
||
где F – окружное усилие, Н; D – диаметр звена, мм; P – мощность, кВт.
5. Передаточное отношение.
Передаточное отношение
i12 = ω1 ,
ω2
где ω1 , ω2 , …… ω j – угловая частота вращения j-го вала.
Для наружного зацепления (вращение колес в разные стороны) берется со знаком «-», для внутреннего (вращение в одну сторону) со знаком «+». Запишем выражение для передаточного отношения, используя другие параметры
|
i |
|
= |
ω1 |
|
= |
n1 |
= |
d2 |
= |
z2 |
= u , |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
12 |
|
|
ω |
2 |
|
|
n |
|
d |
|
z |
12 |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
1 |
|
||||
где отношение z2/z1 = u12 называют передаточным числом, которое в отличие от передаточного отношения, всегда величина положительная; nj, dj – частота вращения и делительный диаметр j-го зубчатого колеса.
Отношение угловых скоростей валов передачи, независимо от направления силового потока, называется передаточным отношением.
6. Передаточным отношением называется отношение угловых скоростей валов передачи независимо от направления силового потока с указанием соответствующих валов передачи
u = |
ω1 |
= |
n1 |
= |
D2 |
; |
|
|
n |
|
|||||
12 |
ω |
2 |
|
|
D |
||
|
|
2 |
1 |
|
|||
|
7 |
|
|
|
|
|
|
u21 |
= |
ω2 |
= |
n2 |
= |
D1 |
. |
ω |
n |
|
|||||
|
|
|
|
D |
|||
|
1 |
1 |
2 |
|
|||
Закрытые передачи, предназначенные для уменьшения частоты вращения (u > 1) называются редукторами, а для увеличения частоты вращения
(u < 1) - мультипликаторами.
Передаточное отношение можно выразить через вращающие моменты на ведущем и ведомом валах и КПД
u = T2 .
η×T1
Для многоступенчатой передачи общее передаточное отношение uобщ = u1 ×u2...un ,
где u1, u2,… un – передаточные отношения каждой ступени.
При изучении механических передач необходимо помнить следующее
(рис. 1.1):
момент движущих сил Т1 всегда приложен к ведущему валу передачи и имеет направление, совпадающее с направлением вращения этого вала ω1.
момент сил сопротивления Тz всегда приложен к ведомому валу передачи и имеет направление, противоположное направлению этого вала ω2.
а
Рис. 1.1. Схема для определения направления вращающих моментов в передаче: а – колеса в рабочем положении; б – колеса, условно раздвинутые
8
Лабораторная работа 1.1
ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ДВУХСТУПЕНЧАТОГО РЕДУКТОРА
Цель работы: изучение устройства цилиндрического редуктора; определение назначения отдельных его узлов; изучение способов регулировки редуктора; производство замеров и вычисление основных параметров зацепления.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Редуктором называется механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненных в виде отдельного закрытого агрегата, и служащий для передачи мощности от двигателя к рабочей машине. Кинематическая схема привода может включать помимо редуктора открытые зубчатые передачи, ременную или цепную.
Назначение привода – понижение угловой скорости и соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим.
В машиностроении широкое применение находят зубчатые передачи. Преимущества зубчатых передач: постоянное передаточное отношение
(отсутствие проскальзывания); высокий КПД (в отдельных случаях до 0,99); надежность; простота эксплуатации; неограниченный диапазон передаточных мощностей (от сотых долей до десятков тысяч киловатт), высокая нагрузочная способность, малые габариты зубчатых передач.
Недостатки зубчатых передач: сравнительная сложность изготовления, требующая часто специального оборудования и инструментов; повышенный шум при высоких скоростях вследствие неточности изготовления; необходимость точного монтажа.
Классификация: по относительному расположению валов в пространстве редукторы подразделяют на горизонтальные и вертикальные; по особенности кинематической схемы – развернутые, соосные, с раздвоенной ступенью и т. д.; по числу ступеней – одно- и многоступенчатые. Схемы цилиндрических двух- и трехступенчатых редукторов встречаются чаще (рис. 1.2) [1, 2, 3].
Если зубья колес параллельны осям валов, такое зацепление называют прямозубым, если они расположены под углом − косозубым.
Наиболее распространены двухступенчатые горизонтальные цилиндрические редукторы серий РМ и ЦД, выполненные по развернутой схеме (рис. 1.2). Такие механизмы могут передавать крутящий момент до 10…15 кН·м, их передаточное число обычно составляет u = 8…50, КПД до 97 %. Эти редукторы будут рассмотрены в данной лабораторной работе.
Т |
Б
а
9
Б |
Т |
б
Т |
Б
в
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г |
д |
|
е |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Рис.1.2. Схемы цилиндрических двух- и трехступенчатых редукторов: а – двухосная; б – трехосная развернутая; в – с раздвоенной тихоходной ступенью; г – с раздвоенной быстроходной ступенью; д – с раздвоенной промежуточной ступенью; е – четырехосная развернутая;
Б – быстроходный вал; Т – тихоходный вал
Описание цилиндрического редуктора
Редуктор состоит из массивного чугунного корпуса, узлов зубчатых колес и шестерен с опорами, крышек подшипников и регулировочных колец
(рис. 1.3).
Корпус служит для размещения в нем деталей передач, для обеспечения смазки зубчатых колес и подшипников, предохранения их от загрязнения и для восприятия усилий, возникающих в процессе работы механизма. Корпус должен быть достаточно прочным и жестким, так как в случае его деформации возникает перекос валов, что может привести к повышенному износу зубьев вследствие неравномерности распределения нагрузки и даже к поломке. Для повышения жесткости корпус усиливают ребрами, расположенными на участках размещения опор валов. Для удобства монтажа корпус выполняется разъемным. Плоскость разъема горизонтально проходит через оси валов. Нижняя часть корпуса называется картером 1, верхняя – крышкой 2. На крышке имеется смотровое окно 3, закрытое прямоугольной крышкой с отдушиной 4, которая
10
служит для выравнивания давления внутри корпуса редуктора с атмосферным. В картере 1 имеется пробка 5 для слива масла и щуп 6 для замера его уровня. Картер и крышку соединяют болтами 7, 8, которые устанавливают с зазором.
Маслонепроницаемость корпуса и крышки редуктора достигается окрашиванием внутренней поверхности маслостойкой краской или нитроэмалью после очистки от песка и пригара, однако при этом ухудшается условие теплопередачи. Для предупреждения коробления чугунные корпуса и крышки подвергаются искусственному старению после предварительного чернового снятия металла механической обработкой на поверхностях разъема и в гнездах подшипников.
3 |
|
4 |
|
2 |
7 
8
|
|
|
|
|
|
|
6 |
1 |
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
16 |
14 |
13 |
11 |
19 |
15 |
9 |
17 |
18 |
|
|
21 |
|
12 |
10 |
Рис. 1.3. Редуктор цилиндрический двухступенчатый |
|
||||||