Из ГОСТ 9563 «Колеса зубчатые. Модули», мм

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ

ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ЗУБЧАТОГО РЕДУКТОРА

Цель работы

В процессе работы ознакомиться с назначением, устройством и работой цилиндрического зубчатого редуктора, с конструкцией и регулировкой подшипниковых узлов, смазкой зубчатых колес и подшипников, определить основные параметры зубчатых передач.

Описание редуктора

Зубчатые редукторы - это механизмы, служащие для понижения угловых скоростей и увеличения крутящего момента, выполненные в виде отдельных сборочных единиц.

В качестве отдельных узлов механических передач в конструкциях строительных машин широко применяют смонтированные в едином корпусе закрытые зубчатые или червячные передачи, предназначенные для понижения угловой скорости ведомого вала по сравнению с ведущим валом и называемые редукторами.

Подобные устройства, повышающие угловую скорость, называют ускорителямиилимультипликаторами.

По типу передач различают редукторы с цилиндрическими (рис. 1, а-г), коническими и смешанными коническо-цилиндрическими зубчатыми парами (рис. 1, д),а также с червячными передачами (рис. 1, е).

По числу ступеней передач различают редукторы одноступенчатые (рис. 1, а, е) имногоступенчатые, чаще двух- (рис. 1, в, д)и трехступенчатые (рис. 1, б, г).

Одноступенчатые цилиндрические редукторы обеспечивают передачу вращательного движения с передаточным числом до 8...10, а конические - с передаточным числом до 5... 6. Наибольшее распространение имеют двухступенчатые цилиндрические редукторы с передаточными числами 8...50 и одноступенчатые червячные редукторы.

Редукторы могут быть специальными и универсальными. Специальные редукторы проектируют применительно к конкретной модели машин. Универсальные редукторы, выпускаемые серийно, могут быть установлены на любой машине.

Серийные редукторы выбирают по каталогам заводов-изготовителей в соответствии с передаваемой мощностью, числом оборотов ведущего вала, передаточным числом, межосевым расстоянием (между осями ведущего и ведомого валов), а также другими характеристиками, учитывающими режимы нагружения.

Двухступенчатый цилиндрический редуктор Ц2У (рис. 2) состоит из корпуса 1, с крышкой 2, крышкой смотрового окна 3, отдушиной 4, пробки маслослива 5, маслоуказателя 6, шайбы маслоотражательной 7, установочного конического штифта 8, валов 9, зубчатых колес 10, подшипников 11, крышек подшипников, регулировочных колец и других деталей.

Корпусы редукторов чаще всего выполняются литыми из серых чугунов средней прочности СЧ 15-32 и СЧ 18-36, зубчатые колеса и валы - из конструкционных сталей. Корпуса редукторов с межосевым расстоянием тихоходной ступени до 160 мм могут быть отлиты из алюми­ниевого сплава АЛII.

Зубчатые колеса 10 соединяют с валом 9 посредством шпонок – призматических, клиновых или сегментных стержней, шлицевых соединений – равномерно расположенных по окружности цилиндрической поверхностям вала и ступицы пазов и выступов.

Опоры валов выполняются с применением подшипников качения (шариковых и роликовых) или скольжения.

Назначение опор - удерживать вращающиеся детали в нужном для правильной работы положении. Внутренние кольца подшипников насаживаются на валы с натягом, а наружные кольца, сопрягаемые с неподвижной деталью - корпусом редуктора, устанавливаются с небольшим зазором (или меньшим натягом, чем у внутреннего кольца).

Установка наружного кольца подшипника по скользящей посадке (посадка с зазором) позволяет кольцу во время работы поворачиваться, что обеспечивает более равномерный износ дорожек качения.

В редукторах общего назначения обычно применяется комбинированное смазывание (картерное смазывание). Одно или несколько зубчатых колес смазываются погружением в ванну с жидким смазочным материалом в нижней части корпуса редуктора (картере), а остальные узлы и детали, в том числе подшипники качения, смазываются за счет разбрызгивания масла погруженными колесами и циркуляции внутри корпуса образовавшегося масляного тумана. По времени - это непрерывное смазывание. Картерное смазывание применяют при окружных скоростях погруженных колес до м/с.

Глубина погружения цилиндрических зубчатых колес устанавлива­ется не более (0,8-1,5) -шага зацепления, но не менее 10 мм. При меньших скоростях, например, в тихоходных ступенях многоступенча­тых редукторов, допустимо более глубокое погружение колес (до 1/3 радиуса колеса).

Ориентировочно объем масла в ванне можно принимать в пределах (0,3...0.7) 10^-3 м³ на 1 кВт передаваемой мощности.

При картерном смазывании заправка корпуса редуктора отфильтрованным маслом производится через люк или отверстие, закрываемое резьбовой пробкой - отдушиной, которая обеспечивает также сообщение внутренней полости корпуса с атмосферой, предотвращая возникновение внутри корпуса избыточного давления или вакуума при изменении температуры передачи. Пробка - отдушина завинчивается непосредственно в корпус в верхней его части или в крышку смонти­рованного люка.

Контроль уровня масла при заправке и эксплуатации производится с помощью маслоуказателей: прозрачных, жезловых, контрольных пробок с цилиндрической или конической резьбой и др.

Поскольку допустимый уровень масла в редукторах может изменяться в весьма ограниченных пределах, из прозрачных маслоуказателей наиболее удобны в применении круглые. Они компактны, просты в изготовлении, однако из-за загрязнения в них со временем снижается видимость уровня. На стержне жезлового маслоуказателя имеются риски, указывающие верхний и нижний уровень масла в картере. Иногда жезловые маслоуказатели одновременно выполняют роль отдушины.

Резьбовые пробки больших размеров применяются в качестве сливных, т.е. закрывающих сливное отверстие. Они располагаются непосредственно у днища корпуса, чтобы с маслом сливался и осадок. Максимальная температура масла в редукторах не должна превышать 95° С.

Для индивидуального смазывания узлов, например, подшипниковых, применяются масленки.

Для предотвращения вытекания смазочного материала из корпуса редуктора или выноса его в виде масляного тумана и брызг применяют различные уплотняющие материалы и устройства. Разъёмы составных корпусов (корпус - крышка) герметизируют специальными мазями, на­носимыми на плоскости разъёма перед сборкой корпуса. Во фланцевых соединениях могут применяться также мягкие листовые прокладочные материалы.

В настоящее время для герметизации фланцевых соединений широко применяют уплотнения (ГОСТ 9833) в виде резиновых колец круглого сечения.

Для герметизации мест выхода из корпуса валов диаметром Ø 6...500 мм широко применяются резиновые манжетные уплотнения (ГОСТ 8752). Манжеты предотвращают вытекание масла из корпуса и препятствуют попаданию в него пыли и влаги извне. Металлический каркас в виде пружины придаёт жесткость манжете и позволяет обеспечить плотную и герметичную посадку ее в корпус. Рабочая кромка манжеты прижимается к валу за счет упругих сил резины и браслетной пружины, которая располагается в желобе воротника и представляет собой обычную витую пружину с соединенными между собой концами. Пыльник предохраняет рабочую кромку от попадания пыли и грязи. Манжеты этих типов могут работать при окружной скорости вала у рабочей кромки манжеты до 20 м/с.

В практике имеют применение и другие типы уплотнения валов: с помощью сальниковых войлочных колец, торцовые уплотнения с прижимными дисками, лабиринтные уплотнения и др.

Тип и общие сведения о редукторе заносятся в таблице отчета лабораторной работы (приложение 1).

3. Определение параметров цилиндрического зубчатого редуктора (исходные данные приведены в приложении 4).

1. Определение параметров зубчатых передач.

Определение параметров прямозубых ( ) и косозубых передач: с некоррегированным зацеплением (с нулевым смещением ) или с высотным коррегированным (равносмещенное ) можно выполнять в следующей последовательности:

1.1. Измеряются штангенциркулем размеры (рис. 3) и определяются межосевые расстояния первой (быстроходной) и второй (тихоходной) передачи:

Если величины и близки к стандартным (табл. 1), то они ок­ругляются до стандартных величин.

1.2. Подсчитываются числа зубьев шестерен и зубчатых колес и определяются передаточные числа (рис. 3):

1-й передачи ;

2-й передачи

1.3. Измеряется штангенциркулем ширина венцов зубчатых колес и определяются коэффициенты ширины венца зубчатых колес (ГОСТ 2185):

Коэффициент ширины венца колеса по ГОСТ 2185 равны: 0,1; 0,125; 0,16; 0,2; 0,25; 0,315; 0,4; 0,5; 0,63; 0,8; 1,0; 1,25.

Таблица 1

Межосевые расстояния (ГОСТ 2185) передач зубчатых цилиндрических редукторов

1-й ряд (предпочтительно)

2-й ряд

1.4. Определяются торцовые модули зубчатых передач:

.

1.5. Определяются нормальные модули зубчатых передач:

.

Учитывая, что 8...22° и 0,99÷0,94, задаются произвольно или выбирают и подсчитывают значение . Далее выбирают значения и как ближайшие меньшие к стандартному значению модуля из табл. 2.

Таблица 2

Из ГОСТ 9563 «Колеса зубчатые. Модули», мм

1-й ряд	1,25		1,5				2,5
2-й ряд		1,375		1,75		2,25		2,75		3,5		4,5		5,5

1.6. Подсчитываются углы наклона зубьев с учетом выбранного :

.

Значения углов и определяются с точностью до 1'.

1.7. Определяются расчетом диаметры вершин зубьев шестерен и колес и сравниваются с их измеренными значениями:

I передача

II передача

Результаты расчета и замера параметров зубчатых передач заносятся в таблицу отчета лабораторной работы (приложение 2).

4. Определение типа и параметров подшипников.

Подшипники являются опорами валов и вращающихся осей, воспринимающими усилия, действующие на эти детали.

В зависимости от вида трения, имеющегося в опорах, подшипники разделяют на подшипники скольженияи качения.

К подшипникам скольжения относятся такие, у которых опорный участок оси или вала (шип, шейка, пята) скользит по поверхности подшипника.

В подшипниках качения основными элементами являются тела качения (шарики, ролики и др.), благодаря которым трение скольжения заменено трением качения.

Подшипники скольжения используют в тех случаях, когда по условиям сборки их необходимо выполнять разъемными, при больших динамических нагрузках, при необходимости работы в воде, агрессивных средах или значительном загрязнении смазки. Основным элементом подшипника является вкладыш, который устанавливается непосредственно в станине (или раме) или имеет самостоятельный корпус. В зависимости от размеров валов и нагрузок подшипники со специальным корпусом бывают неразъемные и разъемные. Неразъемные корпуса применяют для валов небольших диаметров. Разъемные корпуса облегчают монтаж валов и позволяют осуществлять регулировочные работы.

Неразъемный подшипник (рис. 4, а) состоит из корпуса 3и впрессованной в него цилиндрической втулки (вкладыша) 2. Нагрузка со стороны вала 4передается на втулку и далее на корпус, который болтами, устанавливаемыми в отверстия 5, крепится к станине или раме. Для уменьшения трения через отверстие 1на поверхность втулки подается смазка.

Основными частями разъемного подшипника (рис. 4, б)являются корпус 3, соединенный с помощью болтов с рамой машины 1, крышка 4и два вкладыша 6, образующих разъемную втулку. Крышка 4болтами присоединена к корпусу. Эти же болты регулируют зазор между валом и вкладышем и компенсируют износ вкладыша путем поджатия крышки корпуса подшипника к основанию. Отверстие 5 в крышке служит для установки масленки.

Материалы, из которых изготовляют вкладыши, - антифрикционный чугун, бронза, латунь, металлокерамика, пластмасса (лигнофоль, капрон и др.). В некоторых случаях вкладыши делают биметаллическими: на стальную, чугунную, а в ответственных конструкциях бронзовую основу наносят антифрикционный материал — баббит, свинцовистую бронзу и др. В зависимости от диаметра вкладыша толщина наносимого слоя составляет 0,5... 1,5 мм. Такая конструкция вкладыша позволяет восстанавливать заливку при износе.

Срок службы подшипников и способность воспринимать большие усилия в значительной степени зависят от качества смазки. Смазка уменьшает потери на трение и износ, охлаждает трущиеся поверхности и удаляет продукты износа (при циркуляционной смазке).

Подшипники качения являются основным видом опор валов и осей, применяемых для всех видов машин.

В комплект подшипника качения (рис. 5, а) входят наружное кольцо 1диаметром и внутреннее кольцо 2 диаметром ,тела качения 3, удерживаемые на определенном расстоянии друг от друга сепаратором 4. Внутреннее кольцо подшипника напрессовывают на вал, а наружное устанавливают в корпус. Тела качения и кольца изготовляют из хромистой или хромоникелевой стали, термически обрабатывают и шлифуют.

Телами качения могут быть:

- шарики (рис. 5, а, б, д, з);

- ролики - цилиндрические (рис. 5, в), конические (рис. 5, г), бочкооб­разные (рис. 5, е), игольчатые (рис. 5, ж).

По числу дорожек качения различают однорядные (рис. 5, а, в, г, д, ж, з), двухрядные (рис. 5, б, е)и многорядные подшипники.

По виду воспринимаемой нагрузки подшипники делят на:

- радиальные (рис. 5, а, в),воспринимающие радиальные нагрузки;

- упорные (рис. 5, з), воспринимающие осевые нагрузки;

- радиально-упорные (упорно-радиальные) (рис. 5, г, д), воспринимающие радиальные и осевые нагрузки.

Способность радиально-упорных подшипников воспринимать осевые нагрузки зависит от угла .

Роликовые подшипники допускают большую нагрузку, чем шариковые, но они хуже работают при большой частоте вращения валов. Максимально допускаемая частота вращения роликовых подшипников почти в два раза меньше, чем шариковых.

Шариковые и роликовые двухрядные сферические подшипники являются самоустанавливающимися (рис. 5, б, е),т. е. допускают наклон оси внутреннего кольца по отношению к оси наружного на 2...3^о.

Для обеспечения нормальной работы подшипников качения их необходимо смазывать и предохранять от загрязнения. Для этих целей используют жидкие масла или консистентные смазки. В первом случае должна быть обеспечена масляная ванна, а во втором - смазка закладывается при сборке. Чтобы подшипники не загрязнялись и масло не вытекало из корпуса, устанавливают манжеты или контактные уплотнители.

Преимущества подшипников качения заключаются в более высоком КПД, меньших усилиях, требующихся на начальный разгон, простоте монтажа и обслуживания, меньших расходах цветных металлов. Однако они чувствительны к ударным нагрузкам и высокой температуре.

При изучении конструкции редуктора устанавливается тип и замеряются основные размеры подшипников ( ),являющихся опорами валов редуктора (рис. 6).

По этим параметрам, пользуясь таблицами ГОСТов на подшипники качения, устанавливается условное обозначение подшипников и сравнивается с индексом на подшипнике, а также их динамическая и статическая грузоподъёмность.

Например, в табл. 3 приведены тип и основные параметры опор валов редуктора.

Таблица 3

Тип и основные параметры опор валов редуктора(пример)

№№ валов	Тип опора вала (подшипника)	Размеры подшипника, мм	Условное обозначение подшипника	Динамическая грузоподъемность, кН	Статическая грузоподъемность, кН
	Роликовый конический				7309А
	Роликовый конический				7605А 15ГПЗ	47,5	36,6
	Роликовый конический				9ГПЗ	31,5	22,0

5. Определение мощности, крутящих моментов и чисел оборотов валов редуктора.

5.1. Определяются числа оборотов валов редуктора:

-задается преподавателем;

.

5.2. Определяется крутящий момент на тихоходном вале из условия контактной прочности зубчатой передачи по формуле из выражения

,

откуда получим

, н·мм

где - для косозубых и шевронных передач;

- для прямозубых передач;

- коэффициент неравномерности нагрузки по длине зуба;

МПа - допускаемое контактное напряжение колеса с менее прочным зубом (задается преподавателем).

5.3. Определяются крутящие моменты на промежуточном и быстроходном валах :

, н·мм.

Здесь передаточное число быстроходной и тихоходной передачи;

- среднее значение коэффициента полезного действия закрытой зубчатой передачи;

- коэффициент полезного действия пары подшипников качения.

5.4. Определяются мощности на валах редуктора:

, Вт.

Значения вращающих моментов, мощности и угловой скорости заносятся в таблице отчета лабораторной работы (приложение 3).

Литература

1. Анфилов М.И. Редукторы: конструкции и расчет: альбом. - М.: Машиностроение, 1993. – 462 с.

2. Волков Д.П., Крикун В.Я. Строительные машины: учебник для вузов. – М.: Изд-во АСБ, 2002. – 376 с.

3. ГОСТ 2185-66. Передачи зубчатые цилиндрические. Основные параметры.

4. ГОСТ 520-2002. Подшипники качения. Общие технические условия.

5. ГОСТ 9563-80. Колеса зубчатые. Модули.

6. ГОСТ ИСО 4378-4-2001. Подшипники скольжения. Термины, определения и классификация. Часть 4. Расчетные параметры и их обозначения.

7. Доценко А.И. Строительные машины и основы автоматизации: учебник для строит. вузов. – М.: Высш. шк., 1995. – 400 с.

8. Изучение конструкции цилиндрического зубчатого редуктора и определение параметров зубчатых передач: методические указания / Сост. Ю.Г. Никишов. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2002. – 12 с.

9. Крикун В.Я. Строительные машины: учебное пособие. – М.: Изд-во АСБ, 2005. – 232 с.

Приложение 1