Краткие сведения о редукторе

Редуктор состоит из двух зубчатых передач (рис. 3). Зубчатые колеса 1 быстроходной ступени конические. Коническая шестерня часто выполнена заодно с входным валом 2. Колеса тихоходной ступени 3 цилиндрические, насажены на промежуточный 4 и выходной 5 валы редуктора. Оси валов конической передачи пересекаются под углом 90⁰, цилиндрической – параллельны. Подшипники 6 поддерживают валы и позволяют им свободно вращаться. Зубчатые колеса и валы расположены внутри закрытого как правило разъемного корпуса 7, а подшипники установлены в корпус или стакан 8.

Рис. 3. Кинематическая схема коническо-цилиндрического редуктора:

Р₁, Р₂, Р₃ – мощности на входном, промежуточном и выходном валах; n₁, n₂, n₃ – частоты вращения валов; Т₁, Т₂, Т₃ – вращающие моменты; z₁, z₂, z₃, z₄ – числа зубьев зубчатых колес

Числа зубьев конической шестерни z₁ и конического колеса z₂, а также соответственно z₃ и z₄ – цилиндрических шестерни и колеса связаны с передаточными числами каждой передачи зависимостями:

Передаточное число редуктора имеет линейную зависимость от передаточных чисел каждой из передач.

uред = uк · uц = n1 /n3 .

Задача 4

Расчет и конструирование валов редуктора

По заданному значению предаваемого вращающего момент Т_i рассчитать и сконструировать вал цилиндрического двухступенчатого редуктора (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Редуктор цилиндрический двухступенчатый:

1, 2, 3 – валы ведущий, промежуточный и ведомый соответственно

Варианты заданий

Вариант		T1, Н∙мм	Вариант		T2, Н∙мм	Вариант		T3, Н∙мм
1	Ведущий вал	40∙103	9	Промежуточный вал	200∙103	17	Ведомый вал	500∙103
2		70∙103	10		300∙103	18		650∙103
3		100∙103	11		350∙103	19		720∙103
4		130∙103	12		400∙103	20		790∙103
5		180∙103	13		450∙103	21		870∙103
6		200∙103	14		500∙103	22		940∙103
7		240∙103	15		600∙103	23		1050∙103
8		300∙103	16		700∙103	24		1230∙103

Ориентировочный расчет и конструирование валов редукторов

Ориентировочный расчет выполняется как проектный для предварительного определения диаметра вала. Расчет ведется на чистое кручение по пониженным допускаемым напряжениям без учета влияния изгиба:

d_i = . (4.1)

где d_i — диаметр вала, мм;

Т_i — вращающий момент на валу, Н∙мм;

[τ] — допускаемое напряжение на кручение, Н/мм².

Для двухступенчатого редуктора по приведенной формуле рассчитывают диаметры выходных участков валов.

При определении диаметров выходных концов ведущего 1 и ведомого 3 валов рекомендуется принимать [τ] = 20 – 25 Н/мм² (МПа), диаметра промежуточного вала 2 под колесом – [τ] = 10 – 13 Н/мм² (МПа). Значения допускаемых напряжений приведены для сталей 35, 40, 45 (или Ст 5, Ст 6).

Полученные значения диаметров концевых участков валов должны быть округлены по ГОСТ 12080-66 до ближайших из ряда: 20, 22, 25, 28, 32, 40, 45, 50, 55, 60, 70, 80, 90.

Диаметры остальных участков валов (рис. 4.5) определяют с учетом удобства посадки на вал подшипников качения, зубчатых колес и необходимости фиксации этих деталей на валах в осевом направлении буртиками. Вычисленные значения округляют по ГОСТ 6636-69 до ближайших из ряда: 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 45, 48, 50, 52, 55, 60, 63, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 120, 125, 130.

Диаметр вала под уплотнение согласовывается с ГОСТ 8752-79 до ближайшего из ряда размеров резиновой армированной манжеты: 20, 21, 22, 24, 25, 26, 28, 30, 32, 35, 36, 38, 40, 42, 44, 45, 48, 50, 52, 55, 56, 58, 60, 62, 63, 65, 67, 68, 70, 71, 75, 80, 82, 85, 90, 92, 95, 100, 105, 110, 115, 120.

Диаметры отдельных ступеней валов рекомендуется определять по приведенным ниже зависимостям.

Ведущий вал (рис. 4.2, а) (шестерня выполнена заодно с валом).

d₁ = ; d_упл = d₁ + 2t; d_п ≥ d_упл; d_б.п = d_п + 3r,

где d_упл, d_п — диаметры вала под уплотнение и подшипник, мм;

d_б.п — диаметр буртика вала для базирования подшипника, мм;

t — высота буртика, мм (табл. 4.1);

r — координата фаски подшипника, мм (табл. 4.1).

Диаметр под подшипник должен быть кратен 5.

Все значения диаметров необходимо округлять до ближайших стандартных чисел (ГОСТ 12080-66, ГОСТ 6636-69, ГОСТ 8752-79).

Промежуточный вал (рис. 4.2, б).

d₂ = ; d_{п. пр} = d₂ – 3r; d_б.п = d_п + 3r; d_б.к = d₂ + 3f,

где d_{п. пр} — предварительный диаметр подшипника, который следует округлить до значения, кратного 5, мм (d_п);

d_п — определенное (стандартное) значение диаметра подшипника, мм;

d_б.к — диаметр буртика для базирования колеса и шестерни, мм;

ƒ — размер фаски колеса и шестерни, мм. (табл. 4.1)

Ведомый вал (рис, 4.2, в).

d₃ = ; d_упл = d₃ + 2 t ; d_п ≥ d_упл; d_б.п = d_п + 3 r; d_б.п ≥ d_к > d_п;

d_б.к = d_к + 3f.

Таблица 4.1

Высота буртика t, координата фаски подшипника r, размер фаски f

Параметры	Диаметр вала, мм
	17 – 24	25 – 30	32 – 40	42 – 50	52 – 60	62 – 70	71 – 85
t	2	2,2	2,5	2,8	3	3,3	3,5
r	1,6	2	2,5	3	3	3,5	3,5
f	1	1	1,2	1,6	2	2	2,5

Длины участков вала определяются в зависимости от размеров размещаемых на нем деталей и расстояний между ними.

а

б

в

Рис. 4.2 Конструкции валов редукторов

Пример расчета:

Рассчитать и сконструировать ведущий вал цилиндрического двухступенчатого редуктора. Передаваемый вращающий момент Т₁ = 60∙10³ Н∙мм, материал вала — сталь 45.

Диаметр выходного конца вала, мм

d₁ = ; d₁ = = 23,89.

Значение d₁ округляем до ближайшего по ГОСТ 12080-66: d₁ = 25 мм.

Диаметр вала под уплотнение, мм

d_упл = d₁ + 2 t ; d_упл = 25 + 2∙2,2 = 29,4.

Значение d_упл округляем по ГОСТ 8752-79: d_упл = 30 мм.

Диаметр вала под подшипник рекомендуется принять d_п ≥ d_упл, но должен быть кратен 5 (при d_упл > 20 мм). Принимаем d_п = 35 мм.

Диаметр буртика вала для базирования подшипника, мм

d_б.п = d_п + 3 r; d_б.п = 35 + 3∙2,5 = 42,5.

Значение d_б.п округляем по ГОСТ 6636-69: d_б.п = 42 мм.

При съемной шестерне вал следует конструировать, используя формулы для ведомого вала. После определения размеров всех ступеней вала, выполняется эскиз с указанием расчетных величин.

Задача 5

Подбор и расчет подшипников качения

По заданным условиям эксплуатации механизма, подобрать опоры вала в виде подшипников качения (рис. 5.1) и выполнить расчет подшипника (рис. 5.2) на долговечность .
Рис. 5.1. Подшипники радиально-упорные
	Рис. 5.2. Подшипник качения шариковый 1 – кольцо наружное; 2 – кольцо внутреннее; 3 – тела качения; 4 – сепаратор

Варианты заданий

Вариант	Нагрузка, Н			Диаметр вала d, мм	Частота вращения вала n, об/мин	Долговечность подшипника [L10h], ч
	Осевая Fa	Радиальная
		левая опора Fr1	правая опора Fr2
1	1300	2500	2800	55	965	12000
2	800	1800	2600	40	720	16000
3	700	2000	2400	45	700	21000
4	1000	2500	1800	40	1455	10000
5	690	4000	3500	60	950	12000
6	1500	2000	2700	55	1420	11000
7	1200	3100	2900	55	935	14000
8	2000	3000	3300	60	975	I6000
9	600	3200	2900	35	730	17000
10	900	1600	1500	30	700	19000
11	1000	2200	2500	40	1460	10000
12	800	2700	3500	45	700	21000
13	1200	5400	3000	55	970	15000
14	2000	4000	2000	50	730	22000
15	1600	3800	4000	50	1465	11000
16	1800	3500	3200	60	720	16000
17	1000	3500	2000	45	935	14000
18	1000	1100	1500	30	1435	10000