Курсовая «Расчёт редуктора» по Основам взаимозаменяемости (Королев В. П.)

Московский государственный университет печати

Факультет полиграфической техники и технологии

Основы взаимозаменяемости

Курсовая работа

Исполнитель – Крыкова М.В.

Зачетная книжка МВ 011

Группа - Втпм-4-1

Вариант №46

Москва, МГУП,2009

1.Введение

В настоящее время перед машиностроителями поставлена задача значительного повышение показателей качества полиграфических машин при непрерывном росте объема их выпуска.

Одним из важнейших показателей качества является точность работы как составных частей, так и машины в целом.

2. Расчетная часть

2.1 Исходные данные

2.1.1 Требования к точности работы редуктора:

Допуск на кинематическую точность редуктора [∆φ_ред];

Наибольший осевой зазор вала тихоходной ступени редуктора〖 S〗_max;

Суммарное пятно контакта зубьев в передаче (по высоте и длине).

2.1.2 Условия эксплуатации редуктора:

Частота вращения вала быстроходной ступени при работе редуктора n;

Динамичная эквивалентная нагрузка P;

Предельное значение температуры зубчатых колес t_1 и корпуса при t_2 работе редуктора.

2.1.3 Материал зубчатых колес и валов редуктора- сталь 40Х ГОСТ 4543-79

2.1.4 Материал корпуса редуктора- чугун СЧ 15 ГОСТ 1412-79

2.1.5 Параметры зубчатого колеса

Номер зубчатых колес Число зубьев, z Модуль m, мм Диаметр делительной окружности d, мм Ширина зубчатого венца b_w, мм

1 18 2 36 36 2 78 2 156 36

3 18 3.5 63 63

4 78 3.5 273 63

Диаметр делительной окружности d= zm

Рис.1. Схема редуктора: 1,2,3,4 – зубчатого колеса

5-быстроходный вал; 6 – тихоходный вал

2.2 Определение степени точности зубчатых передач

Степень точности зубчатых передач определяется на основании условий их эксплуатации и требований к точности работы редуктора.

2.2.1 Определение степени точности зубчатых колес по нормам кинематической точности

Допуски на кинематическую погрешность зубчатых колес определяются методом подбора исходя из выполнения условия

[∆φ_ред]≥ ∆φ_ред

где Δφред – расчетное значение предельной кинематической погрешности редуктора, мин.

Для двухступенчатого редуктора

[∆φ_ред]= 8

∆φ_ред= 6.88/d_4 {(F_i^` )_3+ (F_i^` )_4 + d_3/d_2 [(F_i^` )_1+(F_i^` )_2]}= 6.88/273{(77+ 139 + 63/273[64+108]}= 6.45

F_i^`=F_р+ f_f - для 3…8-й степеней точности

F_i^`=1.4F_r- для 9…12-й степеней точности

dk - диаметр делительной окружности k-го зубчатого колеса, мм; F’i - допуск на кинематическую погрешность зубчатого колеса, мкм; Fp – допуск на накопленную погрешность шага зубчатого колеса, мкм; ff - допуск на погрешность профиля зуба, мкм; Fr - допуск на радиальное биение зубчатого венца, мкм.

∆φ_ред= 6.45, 8 степень точности

Нормы кинематической точности прямозубых зубчатых колес регламентируются ГОСТ 1643 – 81 и 9178 – 81 [2, с. 317…322, табл. 5.7, 5.8, 5.9].

Расчет рекомендуется начинать с 8-й степени точности зубчатых колес по нормам кинематической точности. Если для 8-й степени точности условие (2.1) не будет выполнено, то расчет выполняют для 7-й степени точности. Если для 7-й степени точности условие (2.1) будет выполнено, то зубчатые колеса 7-й степени точности обеспечат выполнение технических требований к редуктору по кинематической точности. Если же для 7-й степени точности условие (2.1) не будет выполнено, расчеты проводят для 6-й степени точности и т.д.

Если для 8-й степени точности зубчатых колес по нормам кинематической точности условие (2.1) будет выполнено, то его следует проверить и для 9-й степени точности и т.д.

Расчеты по определению допусков на кинематическую погрешность зубчатых колес и их геометрические характеристики сведены в табл.2.2.

Таблица 2.2

Номер зубчатых колес m, мм d мм Степень точности зубчатых колес

8 9 F_р, мкм f_f, мкм F_i, мкм F_r, мкм F_i, мкм

1 2 36 50 14 64 71 99.4

2 2 156 90 18 108 80 112

3 3.5 63 63 14 77 71 99.4

4 3.5 273 125 14 139 80 112

[∆φ_ред] 6.45

В соответствии с условием (2.1) степень точности зубчатых колес по нормам кинематической точности должна быть не грубее 7-й.

2.2.2 Определение степени точности зубчатых колес по нормам плавности хода

Степень точности зубчатых колес по нормам плавности можно определить исходя из окружной скорости зубчатых колес при работе редуктора. Рекомендации по применению степеней точности даны в [2, с. 328, табл. 5.12].

Степень точности зубчатых колес редуктора, если частота вращения вала n= 900 об/мин

Окружная скорость 1-го и 2-го зубчатых колес:

v_1= v_2= 1/2 d_1 (π∙n)/30 = 1/2 0.036 (π∙900)/30 = 1,7 м/с

Окружная скорость 3-го и 4-го зубчатых колес:

v_3= v_4= d_3/d_2 v_1 = 63/156 1.7 = 0.69 м/с

2.2.3 Определение степени точности зубчатых колес по нормам контакта зубьев в передачи

Степень точности зубчатых колес по нормам контакта зубьев устанавливается в соответствии с требованиями к полноте контакта зубьев.

Определение степени точности зубчатых колес редуктора, если полнота контакта зубьев в передаче должна быть по высоте не менее 25%, по длине – не менее 30%. Ширина зубчатого венца bw = 36 мм. По ГОСТ 1643 – 81 и 9178 – 81 [2, с.323, табл. 5.10] устанавливаем, что степень точности зубчатых колес по нормам контакта зубьев должна быть не грубее 8-й.

Пятно контакта : по высоте- 30%, по длине- 40%

Степень точности контакта зубьев- 9

2.2.4. Назначение степени точности зубчатых колес тихоходной ступени редуктора по нормам кинематической точности, плавности работы и нормам контакта зубьев в передаче.

Способ определения Степень точности

По нормам кинематической точности По нормам плавности хода По нормам контакта зубьев

Расчет 9 9 9

назначение 9 9 9

2.3. Определение вида сопряжения зубчатых колес тихоходной ступени редуктора

Вид сопряжения зубчатых колес устанавливается независимо от степеней точности. Вид сопряжения определяется гарантированным боковым зазором jn min . Гарантированный боковой зазор выбирается из рядов, устанавливаемых ГОСТ 1643 – 81 и 9178 – 81 [2, с. 336, табл. 5.17] при выполнении условия

jn min ≥ jn1 + jn2 ,

jn1 = 0,684a34 [αp1 · (t1 - 20ºC) – αp2 · (t2 - 20º)],

jn2 = x · m, где jn1 - боковой зазор, соответствующий температурной компенсации, мкм; a34 - межосевое расстояние передачи, мм; αp1, αp2 - коэффициенты линейного расширения для материалов зубчатых колес и корпуса соответственно; t1 , t2 - предельные температуры, для которых рассчитывается боковой зазор соответственно зубчатых колес и корпуса; jn2 - боковой зазор, необходимый для размещения слоя смазки, мкм; m – модуль, мм.

Коэффициент изменяется от 10 (для тихоходных передач) до 30 (для особо скоростных).

Для прямозубых зубчатых колес значение х можно определить ориентировочно, с округлением до целых чисел, по зависимости

х = 0,5v + 10,

где v – окружная скорость, м/с.

a_3,4= 1/2{(d)_3+ (d)_4}= 0.5(63+273)= 168 мм

материал зубчатых колес - сталь, t_1= +55 C, материал корпуса редуктора – чугун t_2= +45C

a_(р_1 )= 11.5×〖10〗^(-6) 1/C^° a_(р_2 )= 10×〖10〗^(-6) 1/C^°

Коэффициенты линейного расширения для стали и чугуна определяем по таблице. 1.62 [1, c. 188]:

j_(n_1 )= 0.684a_3,4 [a_(р_1 ) (t_1-20C^° )- a_(р_2 ) (t_2-20C^°)]= 0.684× 168[11.5×〖10〗^(-6) (55-20C^° )- 10×〖10〗^(-6) (45-20C^°)] = 17524.08×〖10〗^(-6) мм=17.5 мкм

j_(n_2 )= x∙m= 10.345∙3.5=36.2075 мкм

X=0.5v+10= 0.5∙0.69+10= 10.345

j_(n_min ) ≥j_(n_1 )+j_(n_2 )=53.7 мкм

j_(n_min )=63 мкм сопряжение D,допуск на боковой зазор d

По табл. 5.17 [2, с. 336] устанавливаем вид сопряжения зубчатых колес D, предельное отклонение межосевого расстояния в зубчатой передаче f_a= ± 30 мкм. Вид допуска на боковой зазор – d.

Обозначение 9-9-9-D ГОСТ 1643-81

2.4. Назначение допусков на относительное расположение отверстий под опоры валов тихоходной ступени в корпусе редуктора.

Допустимые отклонения расстояния между центрами отверстий в корпусе |f’a| можно определить из условия

|f’a| ≤ 0,8 |fa |

с округлением допуска Т'а = 2|f’a| ≤ 0,8 |fa | до стандартного значения [1, с. 366, табл. 2.6].

T_a^`≤ 1.6∙30=48 мкм

T_a^`=40 мкм f_a^`= (T_a^`)/2= ±20 мкм= ±0.02 мм

2.5. Определение класса точности подшипников качения и допусков расположения посадочных поверхностей для подшипников качения.

L= 1/2T+ B_2+ B_3+ 1/2T= 0.5∙29.5+67+44+0.5∙29.5=140.5 мм

Так как fy ≤ fx, то выбор класса точности подшипников качения и степени точности Тпер и Трад осуществляется с использованием условия (2.3).

Допуски Тпер и Трад, как правило, назначаются одной степени точности в определенном сочетании с классом подшипника качения.

Назначение степени точности допусков на расположение поверхностей и классов точности подшипников качения осуществляется методом подбора начиная с проверки условия (2.3) при нулевом классе точности подшипников качения и 7-й степени точности допусков Тпер и Трад.

Определение класса точности подшипников качения и допусков расположения посадочных поверхностей под подшипники качения методом подбора очень трудоемко.

По этой причине допуски Тпер , Трад и Тпар можно принять исходя из условий

T_пар≤T_рад≤0.6f_y L/b_w = 0.6∙20∙140.5/63= 25 мм

T_пар≤T_рад≤0.6f_x L/b_w = 0.6∙40∙140.5/63= 50 мм

f_x= 40 мкм f_y= 20 мкм

После определения радиального биения посадочных поверхностей вала под подшипники качения его условное обозначение наносится на эскиз вала.

Класс точности подшипников качения можно назначить исходя из степени точности зубчатой передачи по нормам контакта зубьев: для 8-й и более грубых степеней точности класс точности подшипников - L0. Принимаем степень точности подшипника L0.

2.6 Определение посадок при установке подшипников на вал тихоходной ступени и в корпус редуктора

Посадка подшипника на вал 50 (L0(_(-0.012)))/(m6(_(+0.009)^(+0.025)))

2.7. Определение посадок при установке подшипников качения на вал тихоходной ступени и в корпус редуктора.

Посадка радиально-упорного роликового подшипника класса точности P= 15 кН C= 97 кН, P/C= 15/97= 0.155 режим работы- тяжелый

Посадка подшипника в корпус 110 (Js7(±0.0175))/(l0(_(-0.015)^ ))

2.8. Определение допусков формы, расположения и шероховатости.

Шероховатость, где установлены подшипники Ra = 1,25

2.9. Установление предельных значений осевого зазора вала тихоходной ступени редуктора

S_min≥[α_(p_1 )(t_1-20℃)- α_(p_2 )(t_1-20℃)] L+2S_ia

S_ia= S_i+S_a= 70 мкм

S_i= 35 мкм

S_a= 35 мкм S_min≥[11.5∙ 〖10〗^(-6)(53-20℃)- 10∙ 〖10〗^(-6)(45-20℃)] 140.5+2∙0.07=0.293=0.3 мм

2.10 Определение допусков на размеры деталей редуктора исходя из требований к осевому зазору вала тихоходной ступени редуктора.

2.10.1 Составление схемы размерной цепи.

J_Σ=∑_(k=1)^m▒(J_k ) ⃗ – ∑_(k=m+1)^n▒(J_k ) ⃖

(J_1 ) ⃗ =〖 B〗_4= 3 мм (J_2 ) ⃗ =〖 B〗_5= 195 мм (J_3 ) ⃗ =〖 B〗_4= 3 мм

(J_4 ) ⃖= 〖 B〗_1= 15 мм J_5^ст=T=29.5 (J_6 ) ⃖= 〖 B〗_2= 67 мм

(J_7 ) ⃖= 〖 B〗_3= 44 мм (J_8 ) ⃖= T= 29.5 мм (J_9 ) ⃖= 〖 B〗_1= 15 мм

J_Σ= (3+195+3)-(15+29.5+67+44+29.5+15)= 1

2.10.3. Выбор метода достижения заданной точности исходного звена.

Если αс ≥ 40, то заданную точность исходного звена обеспечивают методом полной взаимозаменяемости. Если 25 ≤ αс ‹ 40, то при расчете размерной цепи, как правило, применяют методы полной или неполной взаимозаменяемости. Если 7 ≤ αс αс, то заданная точность исходного звена может быть обеспечена методом регулирования или пригонки. Метод регулирования предпочтительней метода пригонки. Последний не рекомендуется применять в массовом и серийном производстве. Метод неполной взаимозаменяемости применяется только в массовом и крупносерийном производстве.

В состав размерной цепи входят размеры двух стандартных звеньев J_5^ст и (J_8 ) ⃖ (монтажная высота подшипников). Допускаемые отклонения монтажной высоты подшипников регламентированы ГОСТ 3325 – 85 [2, с. 278, табл. 4.84]. Наименьший осевой зазор Smin ≥ 0,3 мм. Наибольший осевой зазор Smax ≤ 0,9 мм.

〖 a〗_c=(TJ_Σ – ∑_(k=1)^q▒〖TJ_k^ст 〗)/ ∑_(k=q+1)^n▒i_k

〖 a〗_c=(TJ_Σ- TJ_5)/(i_1 〖+i〗_2+i_3+i_4+i_6+i_7+i_8+i_9 ) = (600-200)/(0.55+2.89+0.55+1.08+1.86+1.56+1.08)= 41.8 мкм

S_max≤0.9 мм

TJ_Σ= S_max-S_min= 0.9 - 0.3=0.6 мм = 600 мкм

TJ_5^ст= TJ_8^ст 200 мкм

i_1=i_3=0.55 мкм

i_2 = 2.89 мкм

i_4=i_9= 1.08 мкм

i_6= 1.86 мкм

i_7= 1.56 мкм

2.10.4. Решение размерных цепей с линейными звеньями методом полной взаимозаменяемости.

Предельное отклонение исходного звена:

Верхнее Es(J_Σ)= S_max- J_Σ= 0.9-1= -0.1= -100 мкм

Нижнее Ei(J_Σ)= S_min- J_Σ= 0.3-1= -0.7= -700 мкм

Полная взаимозаменяемость 〖 a〗_9=40≤41.8≤ 〖 a〗_10= 64 мкм

Принимаем допуск на 〖 B〗_3 по 10 квалитету, на все остальные по 9

195 H10(^(+0.185))

3 H9(^(+0.04)) 15 h9(_(-0.043))

67 h9(_(-0.074))

44 h9(_(-0.062))

2.11 Определение размеров, допусков на размеры и расположение шпоночных пазов вала тихоходной ступени редуктора.

По табл. 1.37 [1, с. 127] определяем предельные отклонения ширины паза вала

1.Диаметр вала 50 мм

Длинна шпонки 56 мм

Поле допуска по ширине шпоночного паза N9

Ширина b= 14 мм

высота h= 9 мм

глубина паза вала t_1= 5.5 мм

радиус закругления r_min=0.25 мм

d-t_1= 44.5 мм

предельные отклонения ширины паза вала 14N9(_(-0.043))

допуск на ширину шпоночного паза Tb= 43 мкм

Т_сим≤2 Tb= 86 мкм, Т_пар≤ 0.5 Tb= 21.5 мкм

Округляем до стандартных значений

Т_сим=80мкм=0.08 мм,Т_пар=20мкм=0.02 мм

Предельные отклонения на размер d-t_1= 44.5_(-0.2)

2.Диаметр вала 48 мм

Длинна шпонки 56 мм

Поле допуска по ширине шпоночного паза N9

Ширина b= 14 мм

высота h= 9 мм

глубина паза вала t_1= 5.5 мм

радиус закругления r_min=0.25 мм

d-t_1= 42.5 мм

предельные отклонения ширины паза вала 14N9(_(-0.043))

допуск на ширину шпоночного паза Tb= 43 мкм

Т_сим≤2 Tb= 86 мкм, Т_пар≤ 0.5 Tb= 21.5 мкм

Округляем до стандартных значений

Т_сим=80мкм=0.08 мм,Т_пар=20мкм=0.02 мм

Предельные отклонения на размер d-t_1= 42.5_(-0.2)

3. Заключение

В ходе выполнения курсового проекта были получены необходимые навыки в использовании нормативно- технической документации при расчете допусков размеров, формы и расположения поверхностей деталей.

Были использованы справочные материалы в виде справочника Допуски и посадки, а также государственные стандарты.

Список использованной литературы

Допуски и посадки: Справочник в 2-х четях/ Под ред. В.Д. Мягкова.

Ч.-1.-Л.:Мшиостроение,1982

Допуски и посадки: Справочник в 2-х четях/ Под ред. В.Д. Мягкова.

Ч.-2.-Л.:Мшиостроение,1982

Королев В.И. Основы взаимозаменяемости ( Методические указания по выполнению курсовой работы для специальности 150407.65 «Полиграфические машины и автоматизированные комплексы» ) М., МГУП, 2009

Содержание

1.Введение

2. Расчетная часть

2.1 Исходные данные

2.1.1 Требования к точности работы редуктора:

2.1.2 Условия эксплуатации редуктора:

2.1.3 Материал зубчатых колес и валов редуктора

2.1.4 Материал корпуса редуктора

2.1.5 Параметры зубчатого колеса

2.2 Определение степени точности зубчатых передач

2.3. Определение вида сопряжения зубчатых колес тихоходной ступени редуктора

3. Заключение

Список использованной литературы