3. Эскизное проектирование редуктора

3.1. Общие положения

При эскизном проектировании выполняют расчеты и эскизные чер­тежи, которые позволяют определить габариты и основные параметры узлов и деталей, уточнить и скорректировать предварительно наме­ченные конструктивные решения.

Различают проектные и проверочные расчеты. Отличительной особенностью проектных расчетов является неполнота информации о величине сил, моментов, размерах и т.д., что приводит к необхо­димости принятия каких-либо упрощающих допущений, использования приблизительной справочной информации и рекомендаций, введения в расчет повышенных коэффициентов запасов прочности и пониженных допускаемых напряжений. Некоторые размеры предварительно принимаются, исходя из опыта конструирования и эксплуатации аналогич­ных изделий, технологических или эстетических соображений.

В конструкции любого механизма размеры отдельных деталей так или иначе связаны между собой: размеры корпуса редуктора за­висят от размеров зубчатых колес и подшипников, размеры подшипни­ков и уплотнений от размера вала и т.д. Есть детали, для которых такая взаимосвязь отсутствует. Одной из задач конструктора явля­ется выбор последовательности расчета и конструирования деталей. В курсовом проекте по деталям машин эта задача легко разрешима путем использования различных методических разработок. Если же таких методик нет (а в практике работы конструктора чаще так и бывает), расчет следует вести от основных рабочих элементов к опо­рам и корпусным деталям. В нашем случае основными элементами, участвующими в передаче движения, являются валы и зубчатые колеса. В большинстве методик сначала выполняют расчет зубчатых передач. Однако более логично начать с ориентировочного расчета валов, так как размеры валов используются для вычисле­ния некоторых размеров зубчатых колес и влияют на их конструк­тивное исполнение, а также через размеры подшипников определя­ют величину минимального межосевого расстояния.

3.2. Проектный расчет валов

Вычислительная часть курсового проектирования обычно начина­ется с кинематического и силового (энергетического) расчетов механического привода. При этом определяют требуемую мощность силового механизма и выбирают электродвигатель, вычисляют пере­даточное отношение привода и производят его разбивку между пере­дачами, входящими в состав привода, или по ступеням редуктора, рассчитывают частоты вращения валов и вращающие моменты, передаваемые ими. (Здесь и далее не приводятся описания методик рас­чета и расчетные формулы, так как они излагаются на лекциях и практических занятиях). Затем приступают к проектному (ориентировочному) расчету ва­лов.

При работе вал, как правило, испытывает сложное напряжён­ное состояние, определяемое действием вращающего и изгибающего моментов, растягивающих или сжимающих сил. При проектном расче­те известен только вращающий момент, поэтому минимальный диаметр вала определяют из расчета на кручение по пониженным допускаемым касательным напряжениям. Наличие ступеней на валу и их количест­во устанавливается при разработке технического предложения. Ми­нимальное значение диаметра вала, как правило, соответствует ди­аметру его хвостовика, то есть той концевой части вала, которая предназначена для подключения к редуктору других устройств.

В механическом приводе редуктор соединяется с электродвигате­лем и исполнительным органом посредством стандартных муфт, боль­шинство из которых имеют строго определенные диаметры посадочных поверхностей на вал. Поэтому диаметр хвостовика необходимо сог­ласовать с посадочным размером муфты (следовательно, выбор муфты должен производиться параллельно). Диаметры остальных участков валов назначают, руководствуясь следующими правилами. Если заплечик вала используется для фиксации детали на валу от перемеще­ния в осевом направлении, то разность диаметров должна обеспечивать контакт детали с заплечиком по кольцевой плоской поверх­ности. Для этого высота эаплечика должна быть больше размера фаски или радиуса закругления детали, а размер галтели вала наоборот - меньше. В учебных пособиях [3, 7] для некоторых деталей даются рекомендуемые соотношения для вычисления высоты заплечика или разности диаметров, обеспечивающие не только тре­буемый контакт, но и удобство демонтажа деталей с вала. Если заплечик вала не является упорным, разность диаметров следует назначать минимальной с целью уменьшения концентрации напряже­ний. В некоторых случаях ступенчатость вала достигается путем назна­чения различных полей допусков при одном и том же номинальном диаметре. Назначаемый диаметр вала должен согласовываться с диа­метром отверстия сопрягаемой детали (уплотнения, подшипника, закрепительной гайки), если только размеры сопрягаемой детали не принимают по диаметру вала.

Размеры фасок, скосов, радиусов закруглений, проточек прини­маются в зависимости от диаметра вала [3, 7] . Длина различных участков вала определяется конструктивно при выполнении эскизно­го чертежа редуктора (смотри ниже). Для хвостовика длина может быть принята по стандарту ГОСТ 12080, или ГОСТ 12081, рав­ной длине посадочной поверхности муфты, или из расчета на прочность шпоночных соединений.