пкппу. Методические указания к лабораторной работе 2 Изучение конструкции червячного редуктора
 Скачать 3.53 Mb.
|
1 2 МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова» (ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова») А.У. Ибрагимов А.А. Колупаев МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторной работе № 2 «Изучение конструкции червячного редуктора» Рекомендовано учебно-методическим советом ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова» для использования в учебном процессе в качестве элемента ЭУМКД для студентов, обучающихся по всем направлениям и специальностям при изучении дисциплин «Детали машин», «Основы машиноведения», «Машиноведение», «Детали машин и основы конструирования» Ижевск, 2013 УДК 621.817 Составители: А.У. Ибрагимов, к.т.н., доцент кафедры «УК», А.А. Колупаев, к.т.н., доцент кафедры «УК» Рецензент: Зинченко С.А, к.т.н., начальник лаборатории металловедения и термообработки ОАО «Ижсталь» Методические указания к выполнению лабораторной работы № 2 «Изучение конструкции червячного редуктора» / Составитель Ибрагимов А.У., Колупаев А.А. Ижевск, ИжГТУ, 2013 г. - 20 с. Методические указания к выполнению лабораторной работы «Изучение конструкции зубчатого цилиндрического редуктора», содержат рекомендации и указания к выполнению лабораторных работ по дисциплинам: «Детали машин», «Основы машиноведения», «Машиноведение», «Детали машин и основы конструирования». Содержание 1. Общие сведения о червячных редукторах и цели работы……………………………….4 2. Оборудование……………………………………………………………………………….4 3. Порядок проведения работы…………………………………………………………….…5 4. Общие сведения о червячной передаче…………………………………………………...5 5. Измерение размеров………………………………………………………………………..8 6. Расчет размеров………………………………………………………………………….….8 7. Расчет энергетических, кинематических и силовых параметров…………………….….9 8. Вопросы к защите лабораторной работы………………………………………………...11 Список использованных источников………………………………………………………..12 1. Общие сведения о червячных редукторах и цели работы Общие сведения о червячных редукторах Червячные редукторы применяют при передаче момента между перекрещивающимися валами. Благодаря высоким виброакустическим свойствам и возможности получить в одной ступени большие передаточные отношения (и = 18…80), их широко используют в лифтовых лебедках, в приводах от электродвигателя на ведущие оси троллейбусов и др. В зависимости от расположения червяка относительно колеса червячные редукторы могут иметь исполнения: червяк под колесом – наиболее распространенная схема; червяк над колесом; червяк с вертикальным расположением вала; червяк сбоку от колеса, ось которого вертикальна. Соответственно указанным схемам выполняют конструкции редукторов. В настоящее время серийно выпускают одноступенчатые червячные редукторы типа Ч с универсальным корпусом, позволяющим выполнять различные варианты расположения и сборки червячной пары. Такая конструкция позволяет монтировать редуктор непосредственно на вал машины, что снижает массу, уменьшает габаритные размеры и стоимость привода. При исполнении редуктора на лапах в ступицу колеса монтируется тихоходный вал. В зависимости от варианта сборки редуктора тихоходный вал может быть одноконцевым или двуконцевым. Параллельно оси вала колеса в корпусе имеется четыре прилива со сквозными отверстиями для крепления лап шпильками. Одинаковые расстояния между осями отверстий в приливах корпуса позволяют с помощью одних и тех же лап менять пространственное положение корпуса редуктора. Червячные редукторы являются редукторами общемашиностроительного применения, на которые имеется стандарт ГОСТ Р 50891-96, определяющий общие технические условия к конструкции. ГОСТом устанавливается номинальная радиальная консольная нагрузка, приложенная к середине посадочной поверхности выходного конца редуктора в Н: - для быстроходного вала: 50÷125  ;- для тихоходного вала: 125 .90% ресурс работы червячных редукторов установлен 10000 ч, в том числе для подшипников 5000 ч. 1.2 Цели работы Основной целью работы является изучение конструкции червячного редуктора: - устройство корпуса редуктора; - изучение системы заливки и контроля уровня смазки; - знакомство с червячными передачами и схемами передачи энергии; - освоение способов замера геометрических размеров, необходимых для расчетов; - овладение знаниями формул расчета геометрических, кинематических, энергетических и силовых параметров червячной передачи; - овладение навыками эскизирования червячного вала и вала червячного колеса в сборе с подшипниками. Оборудование 2.1. Одноступенчатый червячный редуктор с верхним или нижним расположением червяка. 2.2. Измерительный инструмент: штангенциркуль, линейка. 3. Порядок проведения работы 3.1. Изучить раздел 4 «Общие сведения о червячной передаче». 3.2. Разобрать редуктор и ознакомиться с деталями, расположенными внутри корпуса. 3.3. Установить, какой вал является входным (быстроходным), какой вал является выходным (тихоходным). 3.4. Установить, какой элемент является червяком, какой – червячным колесом. 3.5. Установить, как расположен червяк относительно червячного колеса (червяк – над колесом или под колесом). 3.6. Определить направление винтовой линии червяка (правое или левое). Для этого расположить червяк вертикально (Приложение 1, рисунок П1.1), мысленно перемещать точку А по винтовой поверхности. Если точка будет перемещаться слева-вверх-направо – винтовая линия имеет правое направление. Если – справа-вверх-налево – направление левое. 3.7. Ознакомиться с конструкцией червячного колеса (цельное или сборное) и дать ее описание. Установленную информацию в виде ответов на вопросы (3.1...3.6) и кинематическую схему (Приложение 2, рисунок П2.1) занести в раздел 1 отчета. 4. Общие сведения о червячной передаче Ч  ервячная передача (рисунок 4.1) предназначена для преобразования вращательного движения при скрещивающихся осях элементов передачи. Наибольшее распространение получили передачи с цилиндрическим червяком, с углом скрещивания 900, которые называются ортогональными цилиндрическими червячными передачами. Один из элементов называется червяком, имеющим вид винта, второй элемент – червячное колесо. В червячной передаче, как в передачах с параллельными и пересекающимися осями контакт имеет линейный характер контакта, что важно для обеспечения нагрузочной способности. Г Рисунок 4.1 лавным достоинством червячной передачи является высокий кинематический эффект, то есть в малом объеме можно получить большое передаточное число. Кроме того, червячная передача имеет высокую плавность и бесшумность работы. Важным достоинством червячной передачи является возможность получения самоторможения. Такое свойство используется в приводах легких грузоподъемных машин. При вращении червяка, соединенного с двигателем, груз поднимается. Когда двигатель выключается, червячная передача становится тормозом, груз остается в поднятом состоянии. К недостаткам червячной передачи относится пониженный коэффициент полезного действия (КПД), и как следствие, повышенная тепловая напряженность.  Рисунок 4.2 Рисунок 4.3 Рисунок 4.4 П  рименяют червяки нескольких типов. Распространенными являются: архимедов, эвольвентный, конволютный. У архимедова червяка (рисунок 4.2) профиль в поперечном сечении очерчен спиралью архимеда. При нарезании червяка режущие кромки резца (рисунок 4.5) устанавливается в осевой плоскости А-А, поэтому витки в осевом сечении имеют прямобочный профиль. Архимедов червяк, как правило, не шлифуется.У эвольвентного червяка (рисунок 4.3) профиль в поперечном сечении очерчен эвольвентой. Винтовые поверхности витка нарезаются раздельно (рисунок 4.6) при установке режущей Рисунок 4.5 Рисунок 4.6 Рисунок 4.7 кромки резца выше или ниже оси. В осевом сечении профиль имеет криволинейный характер. Такие червяки легко шлифуются. У конволютного червяка (рисунок 4.4) профиль в поперечном сечении очерчен удлиненной (или укороченной) эвольвентой. Способов установки резца при нарезании и здесь может быть несколько. Например, плоскость режущих кромок резца (рисунок 4.7) устанавливается по нормали к винтовой линии на делительном цилиндре и равноотстоящей от боковых поверхностей витка. В осевом сечении будет криволинейный профиль. Все три вида имеют, так называемую, линейчатую винтовую поверхность, поскольку образуются линейной режущей кромкой в том или ином сечении. Если, например, шлифовать конволютный червяк кругом с прямолинейной образующей, получится профиль, где ни в одном сечении не будет прямых линий. Такие червяки называют неленейчатыми. Для получения сопряженной поверхности на зубе колеса фреза должна быть изготовлена таким же способом. ГОСТ 19036-94 регламентирует условное обозначение каждого типа червяков. Например, архимедов – ZA; эвольвентный – ZI; конволютный – ZN; нелинечатый, шлифованный конусным кругом, - ZT. П  о нагрузочной способности перечисленные профили, практически, одинаковы, и выбирают тот или иной профиль, исходя из технологических соображений. Поэтому все рассуждения в литературе о червячных передачах базируются на геометрии архимедовых червяков как наиболее простых по форме. З Рисунок 4.8 убья червячных колес нарезают червячными фрезами, (рисунок 4.8) у которых режущие кромки повторяют геометрию и кинематику червяка – в этом залог получения линейного контакта в передаче. Не следует путать понятия «линейчатая поверхность» и «линейный контакт. Линейчатая поверхность предполагает наличие в одном из сечений прямой линии. Линейный контакт предполагает контакт по линии любой кривизны, в отличие от контакта точечного. Д  ля того, чтобы минимальным количеством фрез можно было нарезать максималь Рисунок 4.9 ное количество червячных колес с различными параметрами, сочетание осевого модуля (m), коэффициент делительного диаметра червяка (q) и число витков червяка (Z1) регламентируется ГОСТ 19672-74. И  Рисунок 4.10 Рисунок 4.11 Рисунок 4.12 зменением положения фрезы относительно заготовки колеса можно вводить модификацию зацепления (рисунок 4.9). Для того чтобы вписаться в стандартное межосевое расстояние a'w, фрезу сдвигают на величину xm (m – модуль, x- коэффициент сдвига инструмента). При этом изменяются размеры только колеса, червяк остается неизменным, поскольку он идентичен фрезе. Предпочтительным является положительное смещение, в сторону от центра колеса. К разновидностям передач червячного типа относятся глобоидная и спироидная передачи. В глобоидной передаче (рисунок 4.10) не только колесо охватывает червяк, но и червяк охватывает колесо. За счет особенностей геометрии контакт передачи обладает более высокой нагрузочной способностью. Недостатком глобоидной передачи считается более сложная технология изготовления червяка. В спироидной передаче (рисунок 4.11) цилиндрический червяк расположен со стороны торца спироидного колеса, где нарезаны спиральные зубья. Нагрузочная способность спироидной передачи соизмерима с глобоидной, но поскольку в спироидной передаче меньше скорость скольжения Vs, КПД будет выше, чем в передаче как с цилиндрическим, так и с глобоидным червяком. Технология изготовления червяка такая же, как и в обычной червячной передаче. Червячные передачи часто используются в редукторах (рисунок 4.12) привода конвейеров, грузоподъемных машин, в транспортных средствах. Червячные передачи .используются в технологическом оборудовании. 5. Измерение размеров 5.1. Определить межосевое расстояния передачи aw путем косвенных измерений размеров корпуса (Приложение 2, рисунок П2.2). Рассчитанное по результатам измерений межосевое расстояние согласовать со стандартом ГОСТ 2144-76 (в редакции 92г) (Приложение 3, таблица П3.2) и занести в таблицу 1 отчета. 5.2. Сосчитать число зубьев червячного колеса Z2 и занести в таблицу 1 отчета. 5.3. Определить число витков (заходов) червяка Z 1(Приложение 2, рисунок П2.2). 5.4. Определить шаг винтовой линии червяка P. Для этого с целью увеличения точности замера измерить несколько шагов (Приложение 1, рисунок П1.3). Обратить внимание на необходимость установки ножек штангенциркуля в точки A и B. Получим шаг  ,где k – число замеренных шагов; L – расстояние вдоль оси червяка между одноименными точками A 1-го и B k-го шагов. 5.5. Измерить наружный диаметр червяка da1. Все полученные размеры занести в таблицу П4.1 (Приложение 4). 6. Расчет размеров. 6.1. Определить передаточное число передачи  . (1)Передаточное число согласовать со стандартом (Приложение 3, таблица П3.1) 6.2. По измеренному шагу P определить осевой модуль  . (2)Из стандарта (Приложение 3, таблица П3.3) выбрать ближайшее значение осевого модуля m. 6.3. Определить наружный диаметр червяка  ,отсюда найти диаметра делительной окружности червяка  . (3)6.4. Из формулы диаметра делительной окружности червяка  определить коэффициент делительной окружности червяка  . (4)и согласовать его со стандартным значением и соответствием модулю и числу витков червяка (Приложение 3, таблица П3,3) 6.5. Определить коэффициент сдвига инструмента  . (5)Проконтролировать правильность замеров и расчетов. Коэффициент сдвига инструмента должен лежать в интервале  .6.6. Определить угол подъема винтовой линии червяка на делительном диаметре  . (6)6.7. Определить угол подъема винтовой линии червяка на начальном диаметре  . (7)6.8. Определить диаметр начальной окружности червяка  . (8)6.9. Определить диаметр окружности впадин червяка  . (9)6.10. Определить диаметры колеса: диаметр делительной окружности колеса  ; (10)диаметр начальной окружности колеса  ; (11)диаметр окружности выступов колеса  ; (12)диаметр окружности впадин колеса  . (13)6,11 . Определить высоту зуба  , (14)где C = 0,2 – коэффициент радиального зазора Все рассчитанные размеры занести в таблицу П4.1 (Приложение 4). 7. Расчет энергетических, кинематических и силовых параметров Для расчета указанных параметров студенту выдается индивидуальное задание из приложения 7 по номеру в списке состава группы у преподавателя. 7.1. Крутящий момент на входном валу (на валу червяка)  Нм, (15)где P1 – мощность на входном валу, квт, n1 – частота вращения входного вала, об/мин. Обе величины заданы в приложении. 7.2. Скорость скольжения в зацеплении как скорость перемещения поверхности витка червяка относительно зуба колеса (рис.7.1)  м/с, (16)или  м/с, (17)где dw1 – диаметр начальной окружности червяка, мм.  w – угол подъема винтовой линии червяка на начальной окружности.n1 – частота вращения червяка. V1 и V2 – окружные скорости червяка и колеса. 7.3. По скорости скольжения из таблицы П3.4 (Приложение 3) определить приведенный угол трения . 7.4. Коэффициент полезного действия червячной передачи Рисунок 7.1  , (18)где φ приведенный угол трения в зацеплении, определяется по таблице П 3.4. 7.5. Мощность на выходном валу (на валу червячного колеса)  квт. (19)7.6. Частота вращения выходного вала  об/мин. (20)7.7. Крутящий момент на выходном валу  квт, (21)или  квт. (22)Следующим этапом определить усилия, действующие в червячном зацеплении и их направление. 7.8. Окружное усилие на червяке  Н. (23)7.9. Окружное усилие на колесе  Н. (24)7.10. Осевое усилие на червяке  . (25)7.11. Осевое усилие на колесе  . (26)7.12. Радиальное усилие на червяке и на колесе  . (27)Определить направление усилий можно, задавшись направлением вращения червяка при заданном направлении винтовой линии (Приложение 2, рис.П2.1). Прежде определим направление вращения колеса. Для этого воспользуемся следующим способом. Остановим колесо, и будем вращать червяк в выбранном направлении. При правой винтовой линии и направлении вращения, показанном на рис.П2.1 червяк будет ввинчиваться как винт в гайку, перемещаясь влево. Далее, не вращая, червяк, переместим его в первоначальное положение. При этом колесо провернется. Направление проворота колеса покажет направление его вращения. Выбор и определение направления вращения червяка и колеса позволит определить направление действующих в зацеплении усилий. При ведущем червяке: окружное усилие Ft1, действующее на червяк, направлено против направления его вращения; осевое усилие FA2, действующее на колесо, равно окружному усилию червяка Ft1 и направлено в противоположную сторону; окружное усилие Ft2, действующее на колесо, направлено по направлению его вращения; осевое усилие FA1, действующее на червяк, равно окружному усилию колеса Ft2 и направлено в противоположную сторону; радиальные усилия FR1, действующее на червяк, и FR2, действующее на колесо, равны между собой и направлены к центру рассматриваемого элемента. Полученные значения занести в таблицу П4.2 (Приложение 4), а действующие усилия показать на кинематической схеме (Приложение 2, рисунок П2.1). 8. Вопросы к защите лабораторной работы Характеристика и назначение червячных передач. Преимущества и недостатки червячных передач. Типы профилей цилиндрических червяков. Как нарезаются зубья червячного колеса? С какой целью и как осуществляется модификация червячного зацепления? Разновидности червячных передач. Как измерить межосевое расстояние? Как определить осевой модуль червяка по выполненным замерам? Как определить коэффициент сдвига инструмента? Как определить относительный делительный диаметр? Как определить относительный начальный диаметр? Как определить угол подъема винтовой линии червяка на делительном и начальном диаметре? Что такое скорость скольжения и как ее определить? Как определить КПД редуктора? Как определить передаточное число червячной передачи? Как определяются диаметральные размеры червяка и колеса? Как определить мощность на валах редуктора? Как определить крутящие моменты на валах? Как определить частоту вращения каждого вала? Как определить усилия, действующие в передаче? Как определить направление вращения колеса? Как определить направление действующих усилий? Как определить скорость скольжения в зацеплении? Как определить коэффициент полезного действия передачи? Какие параметры редуктора согласуются со стандартом? Список использованных источников Ибрагимов А.У., Голубков Н.С. Механические передачи и их расчет. – Ижевск, электронный учебник, 2007г. – 52,627 Мб. Смелягин А.И. Структура механизмов и машин: учебное пособие для вузов. – М.: Высшая школа, 2006г, 304с. Чурнилевский Д.М. детали машин и основы конструирования. – М.: машиностроение, 2006г.. 656с. Иванов М.Н., Финогенов В.А. Детали машин. – М. Высшая школа. 2010г., 408с. Мушик Э., Мюллер П. методы принятия технических решений: пер. с немецкого. – М.: Мир, 1990. – 208. ГОСТ Р 50891-96. Редукторы общемашиностроительного применения. Общие технические условия. Приложение 1  Рисунок П 1.1  Рисунок П1.2 Рисунок П1.3  Приложение 2   Рисунок П2.1 Рисунок П2.2 Рисунок П2.2  Приложение 3 Таблица П3.1
Таблица П3.2
Таблица П3.3
Таблица П3.4
Приложение 4 Таблица П4.1.
Таблица П4.2
Приложение 5 «Образец титульного листа отчета»
Приложение 6 Содержание отчета к лабораторной работе №1 «Паспортизация зубчатых цилиндрических передач редуктора» Образец титульного листа показан в приложении 5. 1 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||