Міністерство освіти і науки, молоді ТА спорту України

Міністерство освіти і науки, молоді ТА спорту України

ХерсонськА державнА морськА АКАДЕМІЯ

 

А.К. Казанчан, А.О. Молчанов,

Ю.М. Кузнєцов, Г.Ю. Васильченко

 

ТЕОРІЯ МЕХАНІЗМІВ

І МАШИН

ТА ДЕТАЛІ МАШИН

 

 

Розрахунково-графічна робота (РГР),

Індивідуальні завдання та методичні

Рекомендації щодо їх виконання

 

Для курсантів і студентів спеціальностей:

6.070 104 “Морський та річковий транспорт”;

6.050 702 “Електромеханіка”

за повною програмою навчання

 

Херсон - 2011

ББК 34.44

УДК 621.01(071)

К14

Рекомендовано до друку Вченою радою Херсонського державного морського інституту (протокол № 05 від 28.12.2010)

 

Р е ц е н з е н т и:

 

Е.І. Блінов

доктор технічних наук, професор кафедри основ конструювання Херсонського національного технічного університету

О.І. Гедвілло

кандидат педагогічних наук, професор кафедри експлуатації електричних систем і комплексів транспортних засобів та загальноінженерної підготовки

 

Казанчан А.К., Молчанлов А.О.,

Кузнєцов Ю.М., Васльченко Г.Ю.

К14	Теорія механізмів і машин та деталі машин:Розрахунково-графічна робота (РГР),індивідуальні завдання та методичні рекомендації щодо їх виконання. –Херсон:ХДМІ, 2011. – 48 с., іл..

ISBN 978 – 966 – 630 – 038 – 5

 

 

Наведені індивідуальні завдання і методичні рекомендації щодо виконання РГР з теорії машин і механізмів та деталей машин. Наводяться вимоги до оформлення пояснювальної записки до РГР, методика розрахунку одноступінчастого редуктора з циліндричними прямозубчастими колесами.

Призначено для курсантів і студентів спеціальностей 6.070 104 “Морський та річковий транспорт”; 6.050 702 “Електромеханіка”.

ББК 34.44

УДК 621.01(071)

ISBN 978 – 966 – 630 – 038 – 5	ãКазанчан А.К., 2011
	ãМолчанов А.О., 2011
	ãКузнєцов Ю.М., 2011
	ãВасильченко Г.Ю., 2011
	ãХДМІ, 2011

ЗМІСТ

Вступ.................................................
1. Завдання до РГР....................................
2. Вихідні дані.........................................
3 Методика виконання РГР і складання пояснювальної записки...............................................
3.1 Початок оформлення пояснювальної записки до РГР..
3.2 Розрахунок зубчастої циліндричної передачі (одноступінчастого редуктора з циліндричними прямо- зубчастими колесами)...............................
3.2.1 Розрахунок основних параметрів зубчастого зачеплення з циліндричними колесами............
4 Проектний розрахунок веденого валу редуктора.........
4.1 Вибір матеріалу валу і визначення допускних напруг..
4.2 Визначення геометричних параметрів ступінчастих частин редукторного валу............................
4.3 Ескізна компоновка редуктора.....................
4.4 Вибір і розрахунок шпонок........................
4.5 Вибір підшипників котіння.........................
5 Конструювання зубчастих коліс........................
6 Конструювання корпусу редуктора (Інформація для ознайомлення).........................................
7 Змащування зубчатого зачеплення і опор...............
8 Питання для надання відповідей у письмовій формі, що входять до складу обсягу РГР............................
Додаток А. Зразок виконання титульного аркуша до РГР......
Література............................................

ВСТУП

 

 

Відомо, що для виготовлення будь-якого виробу (деталі, машини, агрегату, взагалі будь-якої складальної одиниці або специфікованого виробу [1]) необхідно мати відповідне креслення (креслення деталі, складальне креслення специфікованого виробу).

Але перш, ніж приступити до виготовлення креслень певного виробу, спочатку виконують необхідні розрахунки цього виробу, з тим, щоб цей виріб міг задовольняти наперед заданим вимогам щодо його функціонування й призначення, тобто забезпечити відповідність критеріям працездатності.

Звідси випливає розуміння того, що процес створення виробу повинен обов’язково пройти певні його стадії проектування і конструювання.

Проектування і конструювання – це види розумової діяльності, пов’язаної зі створенням нового виробу (машини, пристрою, системи). Мета в них одна. Однак проектування і конструювання – різні процеси.

Інженерне проектування передує конструюванню і є пошуком науково обґрунтованих, технічно здійснених та економічно доцільних рішень.

За допомогою виконання розрахунків: експлуатаційних параметрів, на міцність, надійність і економічність вибирається оптимальний варіант, уточнюється конструктивна форма об’єкта.

Результат проектування – проект створюваного об’єкта з обов’язковим виготовленням креслення загального вигляду [2]. Проект обговорюється, аналізується, коректується і приймається як основа для подальшого опрацювання.

Конструювання – це створення конкретної однозначної конструкції об’єкта згідно до проекту. Конструкція – це побудова, взаємне розміщення частин і елементів машин.

Конструювання передбачає спосіб з’єднання, взаємодію частин, а також матеріал, з якого виготовляються окремі елементи і базується на результатах проектування - кресленні загального вигляду з уточненням усіх інженерних рішень, що прийняті при проектуванні.

Проектування і конструювання є процесами взаємопов’язаними і доповнюють вони один одного.

Стадії розробки конструкторської документації і етапи виконання робіт, тобто їх зміст і послідовність (ГОСТ 2.103-68), а також види та комплектність конструкторських документів (ГОСТ 2.102-68) регламентовані відповідними стандартами ЄСКД.

До основних стадій розробки конструкторської документації на основі розробленого технічного завдання (ТЗ) належать наступні (без надання їх детальної характеристики).

Близьким до визначення стадії, але менш чітко обумовленим поняттям є поняття етапу проектування.

Перший етап - розробка технічної пропозиції.

Другий етап - розробка ескізного проекту. У назві цього етапу присутнє слово “ескізний”, яке не має ніякого відношення до креслень, з назвою “ ескізи”, що виконують без застосування креслярських інструментів, від руки в окомірному масштабі без дотримання вимог масштабів за ГОСТ 2.302-68.

Характерним для цього етапу є те, що в ньому виконують розрахунки і перші креслення виробу, що містять багатоваріантні принципові конструкторські рішення, які дають загальну уяву про будову і принцип роботи виробу.

До проекту входить пояснювальна записка (ПЗ) з необхідними відомостями і розрахунками.

Третій етап - розробка технічного проекту як сукупності конструкторських документів, що містять остаточне (безваріантне) розв’язання конструкції виробу і дають повне уявлення про його будову. Обов’язковими конструкторськими документами цього етапу є креслення загального вигляду виробу, відомість технічного проекту і пояснювальна записка.

Четвертий етап - розробка робочої документації як сукупності документів, що містять робочі креслення: креслення деталей і складальні креслення специфікованих виробів, оформлених таким чином, щоб можна було за ними виготовити виріб, контролювати його виробництво й експлуатацію.

Мета виконання розрахунково-графічної роботи полягає у вирішенні наступних завдань.

 

1 Закріплення теоретичних знань, що отримані під час вивчення навчального предмету “Теорія машин і механізмів та деталі машин”, сприяння більш поглибленому вивченню курсантом (студентом) теоретичного матеріалу, формуванню вмінь використання знань для вирішення відповідних практичних завдань.

2 Усвідомлення того, що процес розрахунків виробів передує процесу створення креслень на них.

3 Ознайомлення з методикою розрахунку зубчастих передач на прикладі одноступінчастого циліндричного зубчастого редуктора.

4 Ознайомлення з методикою конструювання циліндричних зубчастих коліс після проведених розрахунків.

5 Ознайомлення з методикою розрахунку і конструювання валів з підшипниками котіння.

6 Ознайомлення з методикою конструювання корпусних деталей зубчастих редукторів.

7 Закріплення знань щодо вимог до побудови кінематичних принципових схем.

Мета розрахунково-графічної роботи передбачає відпрацювання тільки частини питань, що розв’язуються при ескізному проектуванні виробів і не охоплюють всіх питань цієї стадії проектування, які у вищих навчальних закладів машинобудівного спрямування більш повно розглядаються при виконанні курсового проектування з електромеханічного приводу, до складу якого входить і обов’язково проектування певного редуктора. У даній РГР з метою приведення обсягу її виконання до невеликого фактичного часу на вивчення дисципліни за навчальним планом розглядається скорочений варіант проектування тільки редуктора, хоча доцільність цього може бути сумнівною без розглядання питання входу редуктора до будь-якого приводу, як це показано більш повно, наприклад, у навчальному посібнику [4].

Іншими словами, розрахунково-графічна робота з навчальної дисципліни “Теорія машин і механізмів та деталі машин” напряму 6.070 104 “Морський та річковий транспорт” значно відрізняється за колом розв’язуваних питань у бік їх зменшення від курсового проектування електромеханічних приводів з навчальної дисципліни “Деталі машин” у ВНЗ машинобудівного спрямування, де на форматі А1 креслять креслення загального вигляду редуктора та ще до двох форматів А1 – креслення складових частин редуктора.

У даній РГР окрім розрахунків зубчастої редукторної передачі передбачається надання письмових відповідей на поставлені запитання у кінцевому розділі пояснювальної записки до РГР.

 

Завдання до РГР

 

 

1.1Розрахувати:

- одноступінчасту закриту зубчасту циліндричну прямозубу нереверсивну передачу (редуктор) загального призначення з ресурсом роботи t > 36000 годин;

- виконати проектний розрахунок тихохідного (веденого) валу редуктора, підібрати необхідну шпонку і підшипники котіння.

1.2 Сконструювати за даними розрахунку ведене зубчасте колесо редуктора і на заданому бланку креслення зубчастого колеса нанести всі необхідні розміри.

 

 

Вихідні дані

 

Потужність швидкохідного (ведучого) валу Р₁, кутові швидкості валів ведучого w₁ і веденого w₂ наведені в таблиці 1, а кінематична принципова схема одноступінчастого редуктора з циліндричними зубчастими колесами без уточнення типу зубців - на рисунку 1.

Прийняти зубчасту циліндричну передачу з прямими зубцями.

 

Рисунок 1 – Кінематична принципова схема одноступінчастого редуктора з циліндричними зубчатими колесами без уточнення типу зубців Шв – швидкохідний вал; Т – тихохідний вал.

Таблиця 1 – Вихідні дані для розрахунку зубчастого одноступінчастого редуктора з циліндричними прямозубими колесами

 

№ варианту (дві останні цифри шифру залікової книжки)	Потужність на ведучому валі, Р1, кВт	Кутова швидкість
ведучого валу, ω1, рад × с^-1	веденого валу, ω2, рад × с^-1
	0,6	93,7	32,4
	0,8	97,3	24,3
	1,1	78,5	31,4
	1,5	99,4	49,7
	1,7	78,5	39,2
	1,7	148,6	66,0
	2,2	75,4	24,0
	2,2	150,0	47,0
	2,8	97,3	54,0
	2,8	148,6	74,3
	3,0	78,4	26,0
	3,0	150,0	75,0
	4,0	100,0	31,8
	4,5	99,4	39,8
	5,5	80,4	24,0
	5,5	76,4	38,2
	5,5	99,4	31,5
	7,0	102,5	32,5
	7,0	150,7	83,7
	7,5	152,8	76,4
	10,0	102,5	32,5
	0,4	97,3	60,8
	0,4	92,0	57,0
	0,8	91,0	50,0
	1,5	99,4	62,0
	2,0	94,2	47,6
	2,2	75,4	33,6
	2,2	75,4	30,0
	2,2	109,4	31,8
	2,7	76,4	35,8
Дані для прикладу	5,0	104,7	26,17

 

 

Вибір і розрахунок шпонок

 

 

Для з’єднання двох співвісних деталей – вала і маточини (втулки) використовують шпонку як спеціальну деталь, яка закладається у пази з’єднуваних елементів (рисунок 8). Шпонки таким чином перешкоджають відносному повороту або зсуву деталей та служать для передачі обертового моменту від вала до маточини (зубчастого колеса, шківа, муфти тощо) або, навпаки, від маточини до вала. До таких шпонок відносяться призматичні і сегментні (рисунок 9).

Іноді окрім передачі обертового моменту шпонки фіксують насаджені на вал маточини в осьовому напрямку (так звані клинові шпонки).

Рисунок 8 – З’єднання вала з маточиною зубчастого колеса за допомогою призматичної шпонки

 

а) б) в) Рисунок 9 – Конструктивні різновиди шпонок а) призматичні, б) сегментні, в) клинові

 

Призматичні і сегментні шпонки є ненапруженими, а клинові – напруженими.

У індивідуальному і мілкосерійному виробництвах використо-вують в основному ненапружені призматичні шпонки. Їх виготовляють із чистотягненої сталі (найчастіше із сталі 45).

Довжину призматичної шпонки вибирають із стандартного ряду R_a 40 (див. таблицю 10) таким чином, щоб вона була менше довжини маточини закріплюваної на валу деталі на 5 ¸ 10 мм (рисунок 10).

Переріз шпонки (b x h) вибирають за таблицями ГОСТу в залежності від діаметра вала (рисунок 10; таблиця 13).

Рисунок 10 – З’єднання маточини колеса з валом за допомогою призматичної шпонки

Таблиця 13 – Шпонки призматичні за ГОСТ 23360-78

Розміри в міліметрах

Діаметр вала d	Переріз шпонки b х h	Глибина паза	Довжина шпонки
вал t	втулка t1
10-12	4 х 4	2,5	1,8	8 – 45
12-17	5 х 5		2,3	10 – 56
17-22	6 х 6	3,5	2,8	14 – 70
22-30	8 х 7		3,3	18 - 90
30-38	10 х 8		3,3	22 – 110
38-44	12 х 8		3,3	28 - 140
44-50	14 х 9	5,5	3,8	36 – 160
50-58	16 х 10		4,3	45 – 226
58-65	18 х 11		4,4	50 – 180
Довжину шпонки l у зазначенихмежах вибирати з ряду: 6; 8; 10; 12; 14, 16; 18; 20; 22; 25; 28; 32; 36; 40; 45; 50; 56; 63; 70; 80; 90; 100; 110; 125; 140; 160; 180; 200; 220; 250; 280; 320; 360; 400; 450; 500. Довжина шпонки повинна бути на декілька міліметрів менше за довжину маточини.

Зведемо вибрані розміри призматичних шпонок для валів редуктора і відкритої передачі у таблицю 14.

 

Таблиця 14 – Розміри призматичної шпонки для тихохідного валу редуктора

Позначення	Розмір, мм	Довжина кінця вала, мм	Розміри шпонки x b x h, мм
d1Т			45 x 12 x 8

 

Перевірковий розрахунок призматичних шпонок виконують на зминання робочих бокових поверхонь шпонок, які сприймають навантаження.

 

Принагідно зауважити, що у стандартних шпонках розміри b та h підібрані так, що навантаження з’єднання обмежують не напруги зрізу, а напруги зминання, і лише для дуже відповідальних з’єднань перевірковий розрахунок слід виконати на напругу зрізу.

Отже, оскільки призматичні і сегментні шпонкові з’єднання стандартизовані, а вибір шпонки здійснюється за стандартною методикою, то розрахунок з’єднань переважно виконують як перевірковий.

Умова міцності шпонок на зминання має вигляд:

(7)

де F_t – колова сила; (M – крутний момент; d - діаметр

вала);

S_зм – площа поверхні зминання (рисунок 18).

( _р – робоча довжина шпонки; t₂ = 0,4× h – глибина врізу шпонки у маточину).

– допускна напруга зминання; якщо шпонки виготовлені з чистотягненої сталі, то приймається = 80 ¸ 150 МПа (менші значення для маточини з чавуну та алюмінієвих стопів).

	У редукторобудуванні для шпонок зі сталі 45 приймають: а) = 50 ¸ 70 МПа при неперервному використанні ре-дукторів з повним наванта-женням; б) 130 ¸ 188 МПа – при середньому режимі використан-ня редукторів; в) 260 МПа – при граничних статичних навантаженнях.
Рисунок 11 – Розрахункова схема з’єднань призматичною шпонкою

 

Приймаємо допускну напругу зминання призматичних шпонок = 130¸188 МПа – при середньому режимі використання редукторів.

Розрахунки дійсної напруги зминання призматичних шпонок на валах редуктора і відкритої передачі зведемо у таблицю 15.

 

Таблиця 15 - Розрахунки дійсної напруги зминання шпонки на веденому валі редуктора

 

Крутний момент M, Н×м	Діаметр валу, d, мм	Колова сила,	Sзм, мм^2	sзм, Н/мм^2
184,37		9218,5		64,02

 

Як наочно видно з таблиці 15 умова міцності (7) забезпечується.

 

Вибір підшипників котіння

 

Основні вимоги, що визначають тип підшипників, залежать від багатьох умов і вимог, пропонованих до проектованої підшипникової складальної одиниці. Принциповий вплив на вибір мають:

- значення і напрямки навантаги (осьова А, радіальна R чи комбінована A, R);

- яке кільце рухоме (зовнішнє, внутрішнє);

- частота обертання кільця, що рухається, n;

- очікувана довговічність Lе;

- умови навколишнього середовища (температура, забруднення, вологість, кислотність тощо);

- особливі вимоги до підшипникової складальної одиниці (саморегулювання, регулювання в осьовому напрямку тощо).

Рисунок 12 – кульковий радіальний однорядний підшипник. Сприймає радіальну R і невелику осьову A навантагу (до 0,7 від невикористованої радіальної), здатний фіксувати вал в осьовому напрямку, дозволяє взаємний перекіс кілець

 

На рисунку 12 наведена скорочена характеристика кулькового радіального однорядного підшипника, що обраний до використання у розрахунковому редукторі і широко використовується у складальних одиницях машин і механізмів загального машинобудування та у помірковано навантажених опорах швидкохідних валів через дешевину.

Тип підшипника вибирають залежно від характеру сприйманих навантаг (радіальних, осьових). У циліндричній прямозубій передачі виникає тільки радіальна навантага F_r2, яка визначається згідно залежності:

де a = 20^о – кут зачеплення.

Радіальну навантагу як показано на рисунку 12 сприймають кулькові підшипники однорядні (легкої, середньої і важкої серій).

Раніше при виконанні перевіркових розрахунків зубчастих передач були визначені колові сили, що діють у зубчастій передачі (таблиця 9):

,

При цьому радіальна навантага становить:

 

Типорозмір підшипника вибирають за величиною діаметра d внутрішнього його кільця, що встановлюється на вал (як правило, нерухомо).

Для тихохідного валу редуктора маємо:

d_2Т = 45 мм, вибираємо (див. таблицю 11) підшипник котіння № 309 середньої серії з розмірами d x D x B = 45 х 100 х 25, динамічна вантажність С = 52,7 кН.

 

Перевірковий розрахунок підшипника, що попередньо вибраний за діаметром внутрішнього кільця.

Придатність підшипників визначається відповідністю розра-хункової динамічної вантажності С_р з базовою С = 52,7 кН за умовою:

С_р £ С. (8)

 

Базова динамічна вантажність підшипника для зубчастих передач – це постійна радіальна навантага, яку підшипник може сприймати при базовій довговічності і частоті обертання внутрішнього кільця n = 10 хв^-1.

Розрахункову динамічну вантажність кулькового підшипника визначають за формулою:

(9)

де w, с^-1 - кутова швидкість обертання вала, що опирається на

підшипник; w = 26,17 с^-1;

L_h = 10⁵ – потрібний ресурс підшипника, млн. обертів;

- еквівалентна динамічна вантажність для радіальних кулькових і радіально-упорних підшипників – це таке постійне радіальне навантаження, яке при дії його на підшипник з внутрішнім кільцем, що обертається, і нерухомим зовнішнім забезпечує такий же термін служби, як і за дійсних умов навантаження і обертання.

, (10)

де Х– коефіцієнт радіальної навантаги, для радіального підшипника

Х = 0,6;

V – коефіцієнт обертання; при обертанні внутрішнього кільця підшипника V = 1,0;

k_s - коефіцієнт безпеки; для спокійного навантаження k_s = 1,0;

k_t – температурний коефіцієнт, значення якого залежать від температури підшипника, k_t = 1,0;

R_r – радіальна навантага.

З урахуванням вказаних коефіцієнтів залежність (10) буде мати вигляд:

.

Значення еквівалентної динамічної вантажності для підшипників тихохідного валу редуктора буде:

 

F_t2 = 9218,5 Н;

 

Тоді, підставив дані до виразу (9), отримаємо:

 

 

Таким чином, умова (8) виконана і прийняті до встановлення підшипники придатні до експлуатації.

 

 

Питання для надання відповідей у письмовій формі, що входять до складу обсягу РГР

8.1 - що уявляє собою схема будь-якого виробу?;

8.2 - чим відрізняються між собою конструкторські документи “креслення” і “схема” виробу?;

8.3 - чи виконують схему у певному масштабі з нанесенням розмірів?;

8.4 - яким чином на кінематичній схемі позначають її складові елементи? Наведіть декілька прикладів;

8.5 - за яких умов на кінематичній схемі наносять розміри?;

8.6 - що називають редуктором?; мультиплікатором?;

8.7 - що таке модуль зубчастого зачеплення, у яких одиницях він вимірюється і чому величина модуля стандартизована?;

8.8 - назвіть умову, за якою зубчасті колеса ввійдуть у зачеплення;

8.9 - як поділяються зубчасті циліндричні колеса за формою зубців?

8.10 - наведіть основні залежності для циліндричних зубчастих коліс з прямими зубцями між такими параметрами: коловий крок, модуль, число зубців, ділильний діаметр, діаметр кола виступів зубців, діаметр кола западин зубців, міжосьова відстань;

8.11 - з яких матеріалів виготовляють зубчасті колеса?;

8.12 - які зубчасті колеса називають шестернею, а які – просто колесом?;

8.13 - з яких деталей складається підшипник котіння?;

8.14 - як відбувається змащування зубчатого зачеплення і опор у закритій передачі, у відкритій?

8.15 - яким чином визначають рівень масла в корпусі редуктора?

 

Зразок виконання титульного аркуша до РГР наведений на наступній сторінці у додатку А. Слово “Додаток” з титульного аркуша вилучають. Назву факультету записують відповідно до тієї, на якому вчиться виконавець РГР.

На титульному аркуші повинен стояти підпис виконавця і дата.

Для студентів заочної форми навчання РГР перед пред’явленням її на кафедру повинен бути зареєстрований у деканаті.

Додаток А

ТА ЕЛЕКТРООБЛАДНАННЯ СУДЕН

ТЕОРІЯ МЕХАНІЗМІВ І МАШИН

І ДЕТАЛІ МАШИН

Розрахунково – графічна робота

Варіант №

 

 

Керівник РГР
Виконавець РГР		Скороход Р.Є., 2 курс заочної форми навчання, шифр CВ1747

 

 

ЛІТЕРАТУРА

 

1 Коновалюк Д.М., Ковальчук Р.М. Деталі машин: Підручник: Друге видання. – К.: Кондор, 2004. – 584 с., іл.

2 Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Курсовое проектирование: Учебное пособие. – М.: Высшая школа, 1984. – 336 с., ил.

3 Проектирование механических передач: Учебное пособие для немашиностроительных вузов / Чернавский С.А., Ицкович Г.М., Киселев В.А., Боков К.Н., Бонч-Осмоловский М.А., Козинцов Б.П. – Изд. 4-е перераб. – М.: Машиностроение, 1976. – 608 с., ил.

4 Молчанов А.О., Казанчан А.К. Теорія механізмів і машин, деталі машин: Основи проектування:Навчальний посібник і індивідуальні завдання. – Херсон: ХДМІ, 2010. - 144 с., іл.

 

Навчальне видання

 

Аркадій Карапетович Казанчан

Алім Олексійович МОЛЧАНОВ

Юрій Михайлович КУЗНЄЦОВ

Геннадій Юрійович ВАСИЛЬЧЕНКО

 

ТЕОРІЯ МЕХАНІЗМІВ

І МАШИН

І ДЕТАЛІ МАШИН

 

 

Міністерство освіти і науки, молоді ТА спорту України