Детали машин. Курсовое проектирование

1.

Детали машин
Курсовое проектирование
В.И. Капустин, К.В. Захарченко
НГТУ
Новосибирск

2.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАСЧЁТОВ
В соответствии с ГОСТ 2.106 расчёт должен содержать:
1. Цель расчёта.
2. Условия расчёта и исходные данные. В соответствии с
этим требованием в каждом разделе должен быть пункт
«Исходные данные».
3. Расчётную схему. Например, в расчётах передач
необходимо приводить кинематическую схему по ГОСТ
2.703 с элементами по ГОСТ 2.770;иногда в двух проекциях;
другие разделы также могут содержать эскизы и схемы.
4. Расчёт. Последовательность либо алгоритм расчёта
должны приводиться с обозначениями пунктов. Расчет
должен быть «прозрачным» т.е. доступным для проверки.
5. Выводы.

3.

4.8. Эскизное проектирование закрытой передачи
Цель. Разработка эскизной компоновки закрытой передачи.
Этапы разработки.
4.8.1. Конструирование зубчатых колес.
4.8.2. Конструирование валов и уплотнений.
4.8.3. Конструирование подшипниковых узлов.
4.8.4. Разработка эскизной компоновки редуктора.

4.

4.8.1. Конструирование зубчатых колес.

5.

Контрольное задание № 4
4.8.1. Эскизное проектирование зубчатых колес
De - диаметр окружности выступов.
d - диаметр начальной окружности.
Di - диаметр окружности впадин.
Dоб - диаметр окружности обода.
Dст - диаметр окружности ступицы.
Dв - диаметр окружности отверстия для вала.
h - высота зуба.
h' - высота головки зуба.
h" - высота ножки зуба.
t - шаг зацепления.
S - толщина зуба.
Sв - ширина впадины.
e - толщина обода.
bпаза - ширина шпоночного паза.
t1 - глубина шпоночного паза.
z - число зубьев.

6.

4.8.1. Конструирование зубчатых колес.

7.

4.8.1. Конструирование зубчатых колес.

8.

4.8.1. Конструирование зубчатых колес.

9.

4.8.1. Конструирование зубчатых колес.

10.

4.8.1. Конструирование зубчатых колес.
Пример рабочего чертежа червячного колеса

11.

4.8.2. Конструирование валов и уплотнений.
4.8.2. Эскизное проектирование вала
Вал с опорами должен представлять статически определимую
систему в виде балки с одной шарнирно-подвижной (плавающей)
опорой для предотвращения защемления в подшипниках от
температурных деформаций вала и одной шарнирно-неподвижной
(фиксирующей) опорой, препятствующей осевому смещению вала
Плавающие опоры допускают осевое перемещение вала от
температурных деформаций в любом направлении и воспринимают
только радиальные нагрузки
Если в зацеплениидействуют радиальная Fr и осевая Fa силы, то в
качестве плавающей выбирают более нагуженную опору — с
большей суммарной реакцией
Если в зацеплении действует только радиальная сила, то плавающая
— менее нагруженная опора.
Фиксирующие опоры ограничивают перемещение вала в одном или
обоих направлениях и воспринимают радиальную и осевую нагрузки

12.

4.8.2. Конструирование валов и уплотнений.
4.8.2. Эскизное проектирование вала
Осевое фиксирование вала в одной опоре одним подшипником.
Схема 1
Плавающая опора. Внутреннее кольцо подшипника с обоих торцев
закреплено на валу. Наружное кольцо в корпусе не закреплено и
допускает осевое перемещение вала в обоих направлениях

13.

4.8.2. Конструирование валов и уплотнений.
4.8.2. Эскизное проектирование вала
13

14.

4.8.2. Конструирование валов и уплотнений.
4.8.2. Эскизное проектирование вала
4.8.2.1. Уплотнительные устройства
Применяют для предотвращения
вытекания смазочного материала из
подшипниковых узлов, а также
защиты их от попадания пыли, грязи
и влаги
Уплотнения делят на: наружные — устанавливают в крышках
(торцовых и врезных) и внутренние — устанавливают с внутренней
стороны подшипниковых узлов
Наружные уплотнения
а) Манжетные уплотнения. Их используют при смазывании
подшипников как густым, так и жидким материалом при низких и
средних скоростях v≤10 м/с, так как они оказывают сопротивление
вращению вала
14

15.

4.8.2. Конструирование валов и уплотнений.
4.8.2.1. Уплотнительные устройства
Резиновая армированная манжета
Манжета состоит из:
- корпуса 2, изготовленного из
бензомаслостойкой резины,
- стального Г-образного каркаса 3,
- браслетной пружины 1, которая
стягивает уплотняющую часть
манжеты и образует рабочую
рабочая кромка манжет кромку шириной b = 0,4...0,8 мм
Для предохранения смазочного материала
от вытекания манжету обычно
устанавливают рабочей кромкой внутрь
корпуса, что обеспечивает к кромке доступ
масла, уменьшающего износ резины
15

16.

4.8.2. Конструирование валов и уплотнений.
4.8.2.1. Уплотнительные устройства
б) Торцовые уплотнения. Их применяют преимущественно при
жидком смазочном материале. Эффективно предохраняют
подшипник от вьтекания масла и попадания воды и грязи. Наиболее
простые торцовые уплотнения — стальными шайбами
Толщина шайб в зависимости от их размера составляет s = 0,3...0,6
мм. Торцевая грань шайбы выступает за ее плоскость на величину
С = 0,5...0,6 мм, что создает после закрепления шайбы некоторую
силу прижатия ее граней к торцам кольца подшипника
16

17.

4.8.2. Конструирование валов и уплотнений.
4.8.2.1. Уплотнительные устройства
в) Щелевые уплотнения. Они эффективно работают при любом
способе смазывания подшипников, практически при любой скорости,
ибо не оказывают сопротивления вращению вала. Щелевые
уплотнения надежно удерживают смазочный материал от вытекания
под действием центробежной силы
Размер щелевых проточек а определяется при выборе
соответствующей крышки подшипника. Зазоры щелевых уплотнений
целесообразно заполнять пластичным смазочным материалом,
создающим дополнительный жировой заслон для попадания извне
пыли и влаги
17

18.

4.8.2. Конструирование валов и уплотнений.
4.8.2.1. Уплотнительные устройства
Внутренние уплотнения
а) Смазывание
разбрызгиванием. При нижнем
или боковом расположении
червяка в червячных
редукторах и шестерни в
цилиндрических и конических
масло, выжимаемое из
зацепления, обильным потоком
выбрасывается в рядом
расположенные подшипники.
Во избежание попадания в
подшипники продуктов износа
червячных и зубчатых колес, а
также излишнего полива
маслом подшипниковые узлы
закрывают с внутренней
стороны корпуса
маслозащитными шайбами
18

19.

4.8.2. Конструирование валов и уплотнений.
4.8.2.1. Уплотнительные устройства
б) Смазывание пластичным материалом. При этом способе
смазывания подшипниковые узлы должны быть изолированы от
внутренней полости редуктора во избежание вымывания пластичного
смазочного материала жидким, применяемым для смазывания
зацепления
Мазеудерживающие кольца
с кругоговыми
канавками
с винтовой
канавкой
Мазеудерживающая шайба
стальная шайба с центрирующим
кольцом
19

20.

4.8.3. Конструирование подшипниковых узлов.
4.8.2.2. Подшипниковые узлы
Посадка подшипников. В проектируемых
редукторах внутреннее кольцо подшипника
вращается относительно радиальной нагрузки
Rr , подвергаясь так называемому
циркуляционному нагружению
Наружное кольцо — неподвижно относительно радиальной нагрузки и
подвергается местному нагружению
Поле допуска вала для внутреннего кольца подшипника при циркуляционном
нафужении: для шариковых —js6,k6 для роликовьгх — k6, т6. Поле допуска
отверстия для наружного кольца шариковых и роликовых подшипников при
20
местном нагружении - H7

21.

4.8.3. Конструирование подшипниковых узлов.
4.8.2.2. Подшипниковые узлы
Крепление колец подшипников на валу и в корпус
а) Подшипники установлены по схемам 1 и 2 (см. слайды «схемы установки
подшипников» )
Способы крепления внутреннего кольца подшипника
Способы крепления наружного кольца подшипника
21

22.

Контрольное задание № 4
4.8.2. Эскизное проектирование вала
4.8.2.4. Стопорные устройства
22

23.

4.8.3. Конструирование подшипниковых узлов.
4.8.2.2. Подшипниковые узлы
Крепление колец подшипников на валу и в корпус
а) Подшипники установлены по схемам 1 и 2 (см. слайды «схемы
установки подшипников» )
Внутренние кольца обеих опор закрепляют на валу с двух сторон:
с одной стороны буртиком вала, с другой — одним из способов
крепления различными крепежными деталями:
- рис. б — пружинным упорным кольцом, которое закладывается в
разведенном состоянии в кольцевую канавку на валу; крепление
применяется при ограниченных частотах и значительных
осевых нагрузках
- рис. в — круглой шлицевой гайкой при значительных
осевых нагрузках; гайка предохраняется от развинчивания стопорной
многолапчатой шайбой, внутренний зуб которой входит в паз
вала, а один из наружных отгибается в прорези гайки
- рис. г — концевой шайбой, которая крепится к торцу вала винтом по
оси вала и стопорным штифтом
23

24.

4.8.3. Конструирование подшипниковых узлов.
4.8.2.2. Подшипниковые узлы
Крепление колец подшипников на валу и в корпус
Наружные кольца фиксирующих опор закрепляют в корпусе с двух
сторон:
- рис. а, г — врезной или торцовой крышкой и уступом в корпусе
- рис. б — торцовой крышкой и упорным буртиком стакана
- рис. в — пружинным стопорным кольцом и уступом в корпусе
Наружные кольца плавающих опор в корпусе не закрепляют.
б) Подшипники установлены по схеме 3
Внутренние кольца подшипников в обеих опорах устанавливают с
упором в буртик вала с натягом без дополнительного крепления с
противоположной стороны (см. рис. а). При недостаточной высоте
буртика его функции выполняют распорные втулки.
Наружные кольца подшипников в обеих опорах устанавливают в
корпус с односторонней фиксацией упором в торец крышки или
компенсаторного кольца
в) Подшипники установлены по схеме 4. Способы крепления колец
подшипников рассмотрены в п.
24

25.

Контрольное задание № 4
4.8.2. Эскизное проектирование вала
4.8.2.3. Крышки и стаканы подшипниковых узлов
Крышки подшипниковых узлов. Для герметизации подшипниковых узлов
редуктора, осевой фиксации подшипников и восприятия осевых нагузок
применяют крышки. Они изготовляются, как правило, из чугуна СЧ 15 двух
видов — торцовые и врезные. Те и другие выполняют в двух конструкциях
— глухие и с отверстием для выходного конца вала. Размеры крышек
определяют в зависимости от диаметра наружного кольца подшипника D
25

26.

Контрольное задание № 4
4.8.2. Эскизное проектирование вала
Осевое фиксирование вала в одной опоре одним подшипником
Фиксирующая опора. Внутреннее кольцо подшипника с обоих торцев
закреплено на валу. Наружное кольцо также с двусторонним закреплением в
корпусе ограничивает осевое перемещение вала в обоих направлениях
Преимущества:
а) температурные удлинения вала не вызывают защемления тел
качения в подшипниках
б) не требуется точного расположения посадочных мест
подшипников по длине вала
Недостатки:
а) малая жесткость опор
б) относительная сложность конструкции фиксирующей опоры
Применение. При любых расстояниях между опорами, значительных
температурных деформациях вала и невысоких требованиях к
жесткости опор и вала
В проектируемых приводах эту схему применяют ограничено!
(в цилиндрических редукторах при aw>180 мм)

27.

Контрольное задание № 4
4.8.2. Эскизное проектирование вала
Осевое фиксирование вала в одной опоре двумя подшипниками
Схема 2
/ * — расстояние между точками приложения
реакций, когда у сдвоенного подшипника работает
один ряд тел качения
/ ** — работают оба ряда

28.

Контрольное задание № 4
4.8.2. Эскизное проектирование вала
Осевое фиксирование вала в одной опоре двумя подшипниками
Типы подшипников
В плавающей опоре — радиальные однорядные шариковые и
роликовые, а также двухрядные сферические
В фиксирующей опоре — сдвоенные одинарные радиальные и
радиально-упорные
Любой из подшипников плавающей опоры может быть применен с
любым из типов подшипников фиксирующей опоры. Подшипники
фиксирующей опоры устанавливают в стаканы
Преимущества и недостатки схемы 2 такие же, как и схемы 1, но
при этом схема 2 характеризуется большей жесткостью
фиксирующей опоры
Применение При любых расстояниях между опорами, значительных
температурных деформациях вала и высоких требованиях
к жесткости опор и вала
В проектируемых приводах схему 2 применяют ограниченно (на
быстроходных валах червячных редукторов при aw >160 мм)

29.

Контрольное задание № 4
4.8.2. Эскизное проектирование вала
Осевое фиксирование вала в двух опорах—враспор. Схема 3
Установка радиальнх
шарикоподшипников по схеме 3
— враспор
Между торцем наружного кольца
и крышкой устанавливают зазор
а

30.

Контрольное задание № 4
4.8.2. Эскизное проектирование вала
Осевое фиксирование вала в двух опорах—враспор. Схема 3
Обе опоры конструируют одинаково, при этом каждый подшипник
ограничивает осевое перемещение вала в одном направлении
Внутренние кольца подшипников закрепляют на валу упором в
буртики 3-й или 5-й ступени вала либо в торцы других деталей*,
установленных на 2-й или 4-й ступени
Наружные кольца подшипников закреплены от осевого смещения
упором в торцы крышек или других деталей*, установленных в
подшипниковом гнезде
Кольца радиально-упорных подшипников обеих опор располагают
широкими торцами наружу (см. следующие слайды)

31.

Контрольное задание № 4
4.8.2. Эскизное проектирование вала
Осевое фиксирование вала в двух опорах—враспор. Схема 3
Типы подшипников. В проектируемых редукторах приняты
радиальные однорядные шариковые и радиально-упорные
шариковые и роликовые конические подшипники.
Если в опорах применены радиальные подшипники, то для
компенсации тепловых деформаций сравнительно коротких (до 300
мм) валов между торцем наружного кольца и крышкой устанавливают
зазор а = 0,2...0,5 мм (на сборочных чертежах редукторов зазор а не
показывают)
При установке радиально-упорных подшипников для
предотвращения защемления в телах качения от температурных
деформаций вала предусматривают осевую регулировку зазоров в
подшипнике (винт, прокладки)

32.

Контрольное задание № 4
4.8.2. Эскизное проектирование вала
Осевое фиксирование вала в двух опорах—враспор. Схема 3
Установка радиально-упорных шарикоподшипников по схеме 3 —
враспор
Обе опоры фиксирующие, регулирование подшипников —
прокладками

33.

Контрольное задание № 4
4.8.2. Эскизное проектирование вала
Осевое фиксирование вала в двух опорах—враспор. Схема 3
Установка конических роликоподшипников
по схеме 3 — враспор
Обе опоры фиксирующие, крышки
врезные, регулирование подшипников — винтом

34.

Контрольное задание № 4
4.8.2. Эскизное проектирование вала
Осевое фиксирование вала в двух опорах—враспор. Схема 3
Преимущества:
а) возможность регулировки подшипников
б) простота конструкции опор (отсутствие стаканов и других
дополнительных деталей)
Недостатки:
а) вероятность защемления тел качения в опорах вследствие
температурных деформаций
б) более жесткие допуски на осевые размеры вала и ширину
корпуса.
Применение. При небольших расстояния между опорами
/≤(6...8)d. Меньшие значения относятся к роликовым, большие —
к шариковым радиально-упорным, подшипникам. Для радиальных
подшипников / ≥10d .
Cхема 3 предпочтительна и широко применяется для
быстроходных и тихоходных валов цилиндрических и червячных
редукторов (для вала-червяка при aw <160 мм), а также для
тихоходных валов конических редукторов.

35.

Контрольное задание № 4
4.8.2. Эскизное проектирование вала
Осевое фиксирование вала в двух опорах— врастяжку. Схема 4
Установка радиально-упорных шарикоподшипников по
схеме 4 — врастяжку; обе опоры фиксирующие, крышка торцовая,
регулирование подшипников — круглой шлицевой гайкой

36.

Контрольное задание № 4
4.8.2. Эскизное проектирование вала
Осевое фиксирование вала в двух опорах— врастяжку. Схема 4
Обе опоры конструируют одинаково, при этом каждый подшипник
ограничивает осевое перемещение вала в одном направлении
Внутреннее кольцо одного подшипника (на слайде — левого)
упирают в регулировочную гайку, при этом его посадку для
возможности перемещения по валу не ослабляют
Внутреннее кольцо другого упирают в буртик третьей ступени или
торцы других деталей*, установленных на валу
Наружные кольца подшипников упирают широкими торцами в
буртики отверстия корпуса (или стакана) или применяют подшипники с
бортами на наружном кольце (см. следующий слайд)

37.

Контрольное задание № 4
4.8.2. Эскизное проектирование вала
Осевое фиксирование вала в двух опорах— врастяжку. Схема 4
Установка
конических
роликоподшипников
по схеме 4 врастяжку
Обе опоры
фиксирующие,
крышка торцовая,
регулирование
подшипников —
круглой шлицевой
гайкой

38.

Контрольное задание № 4
4.8.2. Эскизное проектирование вала
Осевое фиксирование вала в двух опорах— врастяжку. Схема 4
Типы подшипников. В проектируемых редукторах приняты
радиально-упорные шариковые и роликовые конические подшипники
Преимущество:
а) возможность регулирования опор
б) малая вероятность защемления тел качения в опорах при
температурных деформациях, так как зазоры в подшипниках будут
увеличиваться
Недостатки:
а) высокие требования точности к резьбе вала и гаек, и к торцам гаек
б) усложнение конструкции опор
Применение. При небольших расстояниях между опорами
/=(8...10)d. Меньшие значения относятся к роликовым, большие — к
шариковым радиально-упорным подшипникам

39.

4.8.4. Разработка эскизной компоновки редуктора.
4.8. Пример рабочего чертежа цилиндрического зубчатого колеса

40.

4.8.4. Разработка эскизной компоновки редуктора.
4.8. Пример рабочего чертежа конического зубчатого колеса

41.

Контрольное задание № 4
4.8. Пример рабочего чертежа червячного колеса

42.

Контрольное задание № 4
4.8. Пример рабочего чертежа тихоходного вала

43.

Контрольное задание № 4
4.8. Пример рабочего чертежа вала-шестерни конической

44.

Контрольное задание № 4
4.8. Пример рабочего чертежа вала-червяка

45.

Контрольное задание № 4
4.8. Пример сборочного чертежа цилиндрического одноступ. редуктора

46.

Контрольное задание № 4
4.8. Пример сборочного чертежа цилиндрического двухступ. редуктора

47.

Контрольное задание № 4
4.8. Пример сборочного чертежа коническо-цилиндрического редуктора

48.

Контрольное задание № 4
4.8. Пример сборочного чертежа комбинированного редуктора

49.

Контрольное задание № 4
4.8. Пример сборочного чертежа планетарного двухступ. редуктора

50.

Заключение
Спасибо за внимание!