«МЕХАНИКО-МАШИНОСТРОИТЕЛЬНИЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра основ конструирования механизмов и машин МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению курсового проекта по дисциплине “Детали машин” ЧАСТЬ ВТОРАЯ Проектирование двухступенчатых ...»

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Чтобы построить зубчатое колесо со всеми зубьями, в разделе «Состояние» закладки «Свойства» нужно нажать кнопку «Строить все зубья». Для отключения нарезки, например, для выпуска чертежей, содержащих зубчатые колеса, нажимают кнопку «Строить без зубьев». По умолчанию включена функция «Строить заданное число зубьев», а их количество указывают в соседнем окне. Это удобно для построения зубчатых секторов. Вернувшись в закладку «Параметры» нажимают на кнопку «Расчет» и на экране появляется окно программного модуля расчета «Цилиндрической зубчатой передачи внешнего зацепления», аналогичного тому, которое появляется в КОМПАС-SHAFT 2D. Дальше все действия выполняются также, но за небольшими исключениями. Например, не появляется окно с подменю «Вариант расчета» с выбором «По межосевому расстоянию», «По коэффициентам смещения», «По диаметрам вершин колес», показанное на рисунке 5.7. Скорее всего, эта ошибка будет исправлена в последующих версиях КОМПАСа. Запускает построение трехмерной модели нажатии на кнопку «Создать объект». Построенное колесо выглядит так же, как и при построении в КОМПАС-SHAFT 2D, но все операПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа ции его создания объединены в один макроэлемент. Это видно из рисунка 5.18.

С помощью КОМПАС-SHAFT 3D можно строить зубчатые колеса внутреннего зацепления. Последовательность действий и построений такая же, как и для цилиндрических колес внешнего зацепления, за исключением того, что перед построением должна быть построена заготовка достаточно большого диаметра и ширины, в которой Компас будет «вырезать» внутреннюю полость с зубьями (на рисунке 5.19 в дереве построения это первая операция выдавливания). Как правило, на колесах внешнего зацепления зубья выполняют долблением, поэтому между рядом зубьев и диском колеса должна оставаться канавка для выхода инструмента. Ее можно строить следующим образом, используя библиотеку КОМПАС-SHAFT 3D. Выбирают папку «Простые конструктивные элементы Канавка Канавки для выхода долбяков ГОСТ 14775-81». Однако КОМПАС пока не строит внутренние канавки. Поэтому ее строят привязавшись к любому внешнему ребру, затем разрушают в дереве построения только-то созданный макроэлемент и открывают «Эскиз:35» с сечением канавки. Теперь его нужно перенести в нужное место. Для удобства это лучше сделать Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа на заблаговременно созданном сечении с помощью операции «Сечение поверхностью» по одной из подходящих плоскостей. Исходное изображение либо в «Эскизе» (справа на рисунке 5.19) вырезают, либо копируют, а затем изменяют стиль линий, например, на тонкие. Новое изображение сечения канавки (слева) привязывают к цилиндрической поверхности внутри колеса сразу за зубьями. Это делают с помощью операции «Спроецировать объект» на активной инструментальной панели «Геометрия», выделяя соответствующе ребро или вершину цилиндрических поверхностей, как это видно на рисунке 5.19 (нижний изометрический фрагмент добавлен с помощью внешнего графического редактора и демонстрирует точку привязки сечения канавки – правый верхний угол).

Колесо внешнего зацепления может изготавливаться со ступицей под вал, на который оно одевается при помощи шпонки или шлицев (см. рисунок 5.20), в диске делают отверстия для облегчения детали. Иногда в заготовку колеса «нагорячую» по посадке с натягом запрессовывают вал, а потом выполняют чистовое точение и нарезание зубьев. Колеса внешнего зацепления могут быть косозубыми, в этом случае они должны быть надежно зафиксиПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа рованы на валу для исключения осевых перемещений. Скругления и фаски необходимо добавить в конце построений.

По завершении построений необходимо обязательно сохранить файл в папку с материалами по проектированию редуктора (выполнению курсового проекта).

5.2 Построение зубчатых колес конической передачи Построение трехмерных моделей зубчатой конической передачи также выполняют в библиотеке КОМПАС-SHAFT 2D, но после нажатия кнопки «Элементы механических передач» нужно выбрать тип конической передачи, – «Шестерня конической передачи с круговыми зубьями», или «Шестерня:конической передачи с прямыми зубьями». Все остальные действия аналогичны действиям при построении цилиндрических зубчатых колес, но в трехмерных моделях зубчатых колес зубья не будут «нарезаны»

программой.

Построить конические зубчатые колеса можно также, используя модуль КОМПАС- SHAFT 3D из той же библиотеки «Расчет и построение».

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Для этого нужно войти в папку «Механические передачи», выбрать «Шестерня коническая с круговым зубом» или «Шестерня коническая с прямым зубом» и запустить модуль двойным щелчком. В этом случае программа построит зубья, как это видно на рисунке 5.21.

В случае создания конических колес в библиотеке КОМПАСSHAFT 2D, для упрощения построений зубьев геометрический расчет рекомендуется делать по внешнему окружному модулю (и выбирать его из стандартного ряда), а осевую форму зуба на «Странице 1» расчета выбрать типа 1. Справа от заполняемой ячейки «10. Ширина зубчатого венца, мм» стоит кнопка, нажатие на которую выдает подсказку о наибольшей возможной в данных условиях ширине венца. Для выбора типа инструмента при нарезании кругового зуба нужно «нажать» правой кнопкой мышки на изображение фрезы и выбрать в выпавшем подменю, например, «Метрическую зуборезную головку», как это показано на рисунке 5.22, а затем и «подсвеченную»

строку с размерами головки, нажав «ОК».

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Потом становится доступной кнопка «Расчет», а нажатие на нее запускает расчет зубчатого зацепления. Так же, как и для цилиндрических колес строится двухмерная модель, а затем и трехмерная.

Конечно же, удобнее строить конические зубчатые колеса, используя КОМПАС- SHAFT 3D.

Далее на зубчатом колесе достраивают центральную ступицу, отверстие, шпоночный паз или шлицы для крепления колеса на валу. Если шестерня должна стать вал-шестерней, то к ней пристраивают ступени вала нужных диаметров и длины (это будет описано ниже в п. 7.4, Построение трехмерных моделей валов).

Нужно помнить, что направление линии зуба у конической шестерни и колеса с круговым зубом должно быть противоположным.

Файл сохраняют с нужным именем, например, «Колесо коническое».

5.3 Построение зубчатых колес червячной передачи Построение трехмерных моделей червячной передачи также выполняют в библиотеке КОМПАС-SHAFT 2D, но после нажатия кнопки «Червяк Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа цилиндрической червячной передачи» или «Червячное колесо цилиндрической червячной передачи». За ячейкой ввода «4. Коэффициент диаметра червяка» имеется кнопка, нажатие на которую предлагает рекомендуемые значения q в зависимости от выбранного модуля, как это видно из рисунка 5.23.

Важным моментом является выбор пятого параметра «Вид червяка»

на «Странице 1» геометрического расчета. По умолчанию предлагается самый простой и наиболее распространенный «ZA» – червяк Архимеда с трапециидальным зубом. Если иное не задано в задании на курсовой проект, следует выбирать именно его. Следующим по применимости есть червяк с эвольвентным зубом «ZI». Затем переходят к «Странице 2» «Геометрического расчета» червяка или червячного колеса и выполнить расчет.

Естественно, что ответная деталь червячной передачи (червячное колесо) должна иметь тот же вид зуба и другие основные параметры (модуль m и коэффициент диаметра q). Обычно червячное колесо делают составным. Центральную его часть (маточина) изготавливают из прочной стали (такой же, которая используется для цилиндрических зубчатых колес), а зубчатый венец Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа из бронзы или серого чугуна. Обе детали скрепляют неразборным соединением, например гужонами. В качестве гужонов используют винты установочные из библиотеки КОМПАСа – «Библиотеки Стандартные изделия Вставить элемент Крепежные изделия Винты Винты установочные».

Все остальные действия аналогичны действиям при построении цилиндрических зубчатых колес, но в трехмерных моделях червяка и червячного колеса зубья не будут «нарезаны» программой КОМПАС.

Построить червяк и червячное колесо можно также, используя модуль КОМПАС- SHAFT 3D из той же библиотеки «Расчет и построение». Для этого нужно войти в папку «Механические передачи», выбрать «Цилиндрический червяк» или «выбрать «Цилиндрический червячное колесо» и запустить модуль двойным щелчком. В этом случае программа построит винтовые канавки, как это видно на рисунке 5.24.

Не забудьте сохранить файлы результатов расчета в КОМПАСSHAFT 2D и отпечатать их на бумаге, а также сохранить файлы построенных Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа трехмерных моделей червяка и червячного колеса под узнаваемым в последствии названием, например, «Червяк» или «Зубчатый венец».

5.4 Построение 3D модели зубчатого зацепления Завершив построение зубчатых колес, выполняют проверочное построение трехмерной модели зубчатого зацепления, как это показано на рисунке 5.25 для цилиндрической пары.

Для этого создают файл формата «Сборка» в КОМПАСе, который лучше сразу же сохранить, присвоив ему имя, например, «Зубчатая пара». Создание сборки начинают с операции «Добавить из файла» на панели инструментов «Редактирование сборки». После «нажатия» на эту кнопку открывается подменю «Выберите модель», в котором можно либо выбрать модель в одном из открытых в данный момент окон КОМПАСа, либо выбрать ее «Из файла». Затем на экране монитора появляется фантом трехмерной модели первой вставляемой в сборку детали. Обычно, наводят курсор на начало координат и нажимают на левую кнопку мышки (это впоПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа следствии позволит привязываться к основным плоскостям и осям файла при наложении сопряжений для других деталей сборки). Изображение фиксируется и его можно вместе с системой координат сборки двигать по экрану, вращать, разрезать и т.д. всеми доступными средствами КОМПАСа. Чтобы завершить создание сборки, показанной на рисунке 5.26, далее выполняют следующее.

С помощью той же команды «Добавить из файла» рядом с первой деталью размещают следующую деталь сборки, но она еще не зафиксирована и может перемещаться относительно первой детали с помощью команд «Переместить компонент» и «Повернуть компонент» из панели инструментов «Редактирование сборки». Именно этими командами вторую деталь устанавливают в положение, наиболее близкое к требуемому.

Чтобы зафиксировать или расположить деталь с возможностью регламентированных перемещений относительно начала координат сборки или первой детали используют операции из инструментальной панели «Сопряжения». В случае с парой зубчатых колес, находящихся в зацеплении действовать необходимо следующим образом.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Вначале нужно расфиксировать первую вставленную в файл деталь «Колесо». Для этого ее выделяют в дереве построения, нажимают правую кнопку мышки и в появившемся контексном меню выбирают строчку «Свойства». В нижней части экрана монитора появляется панель «Свойств»

модели, на которой нажимают кнопку «Не фиксировать компонент».

Теперь первая деталь может перемещаться, но лучше ее привязать к началу координат. С этой целью накладывают первое сопряжение – «Совпадение объектов» то есть совпадение оси вращения колеса с одной из основных осей системы (лучше той, с которой ос колеса визуально совпадает). Затем накладывают совпадение плоскости колеса с соответствующей плоскостью системы координат. Колесо зафиксировано от перемещений, но может вращаться относительно оси. Третье сопряжение устанавливает плоскость второй детали (шестерни) на определенном расстоянии относительно плоскости колеса (т.к. обычно шестерня шире колеса) при помощи команды «На расстоянии». Четвертым сопряжением устанавливают ось вращения шестерни на межосевое расстояние относительно оси вращения колеса (оно вычислялось ранее). Теперь шестерня лишена перемещений, но может вращаться вокруг колеса без перекатывания. Чтобы это исключить, устанавливают совпадение оси вращения шестерни с одной из поперечных плоскостей колеса или главной системы координат (это одно и тоже, поскольку колесо уже привязано к ней) командой «Совпадение объектов». Осталось наложить последнее сопряжение, показанное на рисунке 5.26, – «Вращение»» (относительное) колеса и шестерни. В меню этого сопряжения последовательно нужно указать в дереве построения или на экране монитора шестерню, ось ее вращения, колесо, ось его вращения, указать новое направление вращения (обычно второй детали) – противоположное направлению вращения первой детали, и ввести в око «Соотношение» передаточное число (в нашем случае 84 к 20). Нажатием на кнопку «Создать объект» подтверждают образование нового сопряжения.

Теперь с помощью команд «Переместить компонент» и «Повернуть компонент» из панели инструментов «Редактирование сборки»

можно вращать одну из двух деталей сопряжения, при этом вторая будет вращаться в соответствии с заданным передаточным числом.

Сопряжение «На расстоянии» позволяет при задании и редактировании сопряжения менять «Направление» и «Ориентацию» второй детали для исправления возможных неточностей.

Для сопряжения конической пары лучше использовать следующий способ. Коническое колесо, показанное на рисунке 5.27, привязывают в точке вершины конуса шестерни, которая первой была зафиксирована этой точкой в начале координат файла сборки. Затем, как было описано выше, расфиксируют первую деталь и привязывают ее соответствующими привязками к началу координат. Потом устраняют возможность перекатывания колеса по шестерне, совместив ее ось вращения с соответствующей плоскостью начала координат сопряжением «Совпадение объектов» или «На расстояПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа нии» (используя результаты расчета размеров зубчатого зацепления из п. 3.3.7, Определение диаметров зубчатых колес).

Настал момент проверки правильности зубчатого зацепления. Визуально проверяют, не попадают ли зубья смежных колес друг на друга, есть ли зазор между головкой зуба одного колеса и впадиной другого. Полезно рассечь сборку операцией «Сечение поверхностью» по одной из подходящих плоскостей. Это хорошо видно на рисунке 5.28.

По завершении просмотра операцию исключают из расчета, – наводят курсор на строчку операции в «Дереве построения», нажимают правую кнопку мышки и выбирают в контекстом меню строчку «Исключить из расчета». В любой момент операцию можно снова сделать активной, выполнив те же действия, но теперь уже выбрав строчку «Включить в расчет».

Если все-таки, зубья не совпали, то сборку нужно перестроить, изменив сопрягаемые плоскости (обычно нужно «провернуть» вторую деталь на 90°) или изменить угол наклона первой вспомогательной плоскости в червячном колесе. Для зубчатых колес, построенных с помощью КОМПАС-SHAFT 3D на закладке «Позиционирование» можно изменить угол и направление поПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа строения зубьев колеса относительно начала координат. Только тогда зубчатое зацепление будет правильным.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 6 Расчет выходных концов валов Расчет заключается в определении диаметров выходных концов валов из условия прочности на кручение при пониженных напряжениях.

где [ ] k – пониженное допускаемое касательное напряжение без учета влияния изгиба, принимают равным 15 МПа.

Сначала выбирают вид выходного конца вала, один из показанных на рисунке 6.1 (конический или цилиндрический), а затем принимают окончательные его размеры (диаметр и длина) округляя их в большую сторону до ближайшего значения из стандартного ряда в соответствии с ГОСТ 6636-72.

Если в техническом задании на проект не указаны специальные требования на использование муфт особого типа, то при выполнении курсового проекта следует принимать цилиндрические выходные концы валов из ряда (реже из ряда 2), приведенного в таблице 6.1. Там же указаны соответствующие диаметрам длины, радиусы скруглений и фаски (см. рисунок 6.1 а).

lвых 0,4 0,6 0,6 1,0 1,0 1,6 1,6 2,0 2,0 2,0 2,0 2,5 2,5 2,5 3,0 3,0 3,0 4,0 4, Rвых 0,2 0,4 0,4 0,6 0,6 1,0 1,0 1,6 1,6 1,6 1,6 2,0 2,0 2,0 2,5 2,5 2,5 3,0 3, свых Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 7 Выбор подшипников и построение сборок трехмерных моделей валов После построения трехмерных моделей зубчатых колес, проверки правильности зубчатого зацепления и определения размеров выходных концов валов переходят к построению трехмерных моделей валов. Эту работу начинают с выбора компоновки сборки вала. При выполнении п. 1.3 (Выбор схемы компоновки редуктора и определение его передаточного числа) уже были выбраны как общая компоновка редуктора, так и компоновка подшипниковых узлов (как, например, это показано на рисунке 7.1), с помощью которых валы устанавливаются в корпусе редуктора. На данном этапе необходимо убедиться в правильности сделанного выбора или внести изменения в конструкцию.

При назначении диаметров ступеней вала за основу берут полученный в п. 6 (Расчет выходных концов валов) диаметр выходного конца вала (на рисунке 7.1 – 16).

Рисунок 7.1 – Компоновочно-расчетный эскиз вала (вал-шестерни) При создании трехмерной модели любой детали необходимо пользоваться [4] (т. 1, стр. 481), чтобы правильно строить стандартизованные и нормализованные конструктивные элементы (уже созданные трехмерные модели зубчатых колес также должны быть проверены на соответствие указанным требованиям).

Есть определенные отличия между принципами построения сборочных единиц валов цилиндрических, конических и червячных зубчатых передач, но всегда начинают с выбора подшипников. Вначале пробуют с особо легких и легких серий и если такие подшипники не проходят по грузоподъемности или долговечности, то переходят к средней, тяжелой и особо тяжелой серии.

7 Выбор подшипников и построение сборок трехмерных моделей валов 7.1 Особенности компоновки валов цилиндрических передач Валы цилиндрических передач редукторов обычно опираются на шариковые, реже на роликовые радиальные подшипники. Если передача косозубая с большим углом наклона линии зуба, то могут применяться радиально-упорные подшипники. Шевронные колеса уравновешены по осевым силам и не требуют таких подшипников.

Обычно внутренние кольца подшипников напрямую или через маслоотражающие кольца (дистанционные втулки) упираются в буртики вала слева и справа от зубчатого колеса, а внешние кольца подшипников сжимаются навстречу друг другу выступами крышек подшипниковых узлов, одна из которых – глухая, а другая – проходная (для выходного конца вала). Так должно быть при нагретом до рабочей температуры подшипнике, но в холодном состоянии между одной из крышек на валу и наружным кольцом подшипника должен быть зазор величиной от 0,5 до 1 мм [4] (т. 2, стр. 250). Правильным было бы изобразить этот узел без зазора, но задать размер высоты упорной части крышки с допуском гарантированного зазора, например b12 или b13. Конические же подшипники всегда должны быть сжаты некоторым предварительным монтажным осевым усилием, которое исключает перекос тел качения относительно колец подшипника.

Внутри проходных крышек устанавливают уплотнения, препятствующие вытеканию подшипниковой смазки и попаданию пыли внутрь редуктора. Обычно уплотнения делают лабиринтными или сальниковыми.

7.2 Особенности компоновки валов конических передач Шестерня конического колеса часто изготавливается заодно с валом и называется вал-шестерня (это обычно делают и в цилиндрических передачах). Она, как правило, устанавливается в корпусе редуктора консольно.

Подшипники размещаются со стороны выходного конца вала на некотором расстоянии друг от друга. Иногда их ставят парами или применяют сдвоенные подшипники специальных серий. Подшипники выходного вала размещают так же, как у цилиндрических передач, но в конических передачах применяют упорные, конические радиально-упорные и реже шариковые радиально-упорные подшипники. Иногда в паре устанавливают подшипники разного размера и даже типа. Чаще всего подшипники фиксируются внутренними кольцами относительно вала или дистанционной втулки, а внешними кольцами в корпусе редуктора или промежуточной гильзе выступами крышек подшипниковых узлов.

7.3 Особенности компоновки валов червячных передач Подшипниковые узлы червячных передач компонуются примерно так же, как и цилиндрических, но по причине больших величин осевых сил используют подшипники того же вида, что и в конических передачах (радиальПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 7 Выбор подшипников и построение сборок трехмерных моделей валов но-упорные). Иногда на валу червяка в паре с радиальным или радиальноупорным подшипником могут быть применены упорные подшипники. Фиксируются подшипниковые узлы червячных передач в корпусе редуктора так же, как и в цилиндрических и конических передачах.

7.4 Построение трехмерных моделей валов Построение трехмерной модели вала начинают с создания файла в формате «Деталь» КОМПАС 3D. Файл лучше сразу сохранить под именем, например, «Вал тихоходный». Если быстроходный вал (входной в редукторе) будет изготовлен с шестерней заодно, то ступени вала лучше «пристроить» к уже построенной шестерне. Поэтому открывают файл детали «Шестерня» и переименовывают его в «Вал-шестерня». Построение тихоходного вала (выходной в редукторе) обычно начинают со средней части, – построения цилиндрической ступени посадочного места под крепление зубчатого колеса, размеры которого уже примерно определены. На рисунке 7. первая построенная ступень вала подсвечена.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 7 Выбор подшипников и построение сборок трехмерных моделей валов Эта ступень должна быть больше от 5 или 30 мм по диаметру, чем выходной конец вала в зависимости от мощности редуктора (см. рис. 7.1). Затем, с одной стороны делают ступень бльшего диаметра, в которую упрется колесный центр, а с другой – меньшего диаметра, чтобы колесо можно было надеть на вал при сборке (см. рис. 7.2). Операции построения цилиндрических ступеней в КОМПАС 3D лучше делать методом выдавливания, их удобнее потом изменять. Это делают следующим образом. На одной из основных плоскостей создают «Эскиз», в котором с привязкой к началу координат строят окружность нужного диаметра, пользуясь командой «Окружность» из меню «Геометрия». Затем закрывают эскиз и с помощью команды «Операция выдавливания» формируют цилиндр нужной длины. И диаметр и длина любой ступени вала могут быть впоследствии отредактированы.

После построения первой пары цилиндрических ступеней вокруг ступени для посадки колеса, создают еще две ступени – посадочные места для установки подшипников. Эти ступени должны быть меньшего диаметра, чем построенные ранее. Размеры заплечников для установки подшипников стандартизованы, поэтому следует придерживаться рекомендаций [4] (т. 2, стр. 177). Затем со стороны выходного конца вала формируют еще одну ступень – опорную поверхность для установки уплотнения и, собственно, сам выходной конец вала. Конические ступени валов делают аналогично цилиндрическим, но в меню «Операции выдавливания» указывают «Уклон внутрь» в градусах.

В торцах тяжелых и длинных валов делают центровые отверстия, используя, например, библиотеку «Стандартные изделия Конструктивные элементы Отверстия Отверстия центровые», как это показано на рисунке 7.3. После выбора из библиотеки типа и диаметра центрового отверстия, нажимают на кнопку «Позиционирование» на панели «Свойств» и указывают координаты отверстия (для центрового отверстия они нулевые) и на кнопку «Создать объект». Отверстие будет построено. Диаметр отверстия программа не подсказывает и не предлагает подходящий. Его должен назначить пользователь исходя из диаметра ступени вала, в которой оно будет размещено. Удобно уточнить размер вала с помощью средней иконки в меню указания диаметра отверстия. Назначение каждой иконки дается в выпадающей подсказке при наведении на нее.

Поскольку посадочные поверхности под внутренние кольца подшипников шлифуют, обеспечивая нужный размер с допуском и шероховатостью поверхности, то в местах выхода шлифовального круга (у ступени бльшего диаметра) должны быть выполнены соответствующего размера канавки. Их «вырезание» вызывают, например, из библиотеки «Машиностроение Библиотека канавок для КОМПАС-3D Канавка по ГОСТ 8820- (выход шлифовального круга)», как это показано на рисунке 7.4. Следуя подсказкам программы нужно указать курсором (с нажатием левой кнопки мышки) цилиндрическую поверхность, на которой должна быть канавка, а затем выбрать в выпавшем меню нужные размеры канавки (лучше принять Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 7 Выбор подшипников и построение сборок трехмерных моделей валов рекомендуемые) и указать торец, возле которого она должна быть «нарезана». После нажатия кнопки «ОК» канавка будет построена.

И отверстия и канавки и многие другие элементы деталей цилиндрической формы можно строить, используя библиотеку КОМПАС-SHAFT 3D.

Например, построить такую же канавку на противоположной ступени под подшипник можно следующим образом. Выбирают папку «Простые конструктивные элементы Канавка Канавки для круглого шлифования ГОСТ 8820- видно на рисунке 7.5. Двойное нажатие на выбранную строчку и в нижней части экрана монитора открывается меню позиционирования. В отличие от предыдущего способа, теперь нужно указывать не цилиндрическую поверхность, а ребро, возле которого будет построена канавка.

Для крепления зубчатых колес на валах, а также полумуфт на выходных концах валов чаще всего используют шпоночное соединение. Построение шпоночных пазов и шлицев на трехмерных моделях валов выполняют так же, как это уже было описано в п. 5.1 (Построение зубчатых колес цилиндрической передачи).

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 7 Выбор подшипников и построение сборок трехмерных моделей валов В самую последнюю очередь с помощью соответствующих команд на инструментальной панели «Редактирование детали» на валу строят «Фаски» и радиусные «Скругления». Выделяют ребра или грани, на которых будут созданы эти элементы. Высоту ребра фаски и угол ее наклона, как и величину радиуса, указывают в соответствующих ячейках меню операции. Готовый вал приведен на рисунке 7.6.

Аналогично строят вал-шестерню и червяк, который всегда изготавливают заодно с валом, только в качестве первой цилиндрической ступени используются уже построенные шестерня или червяк.

Понятно, что промежуточный вал двухступенчатого редуктора одновременно является выходным для первой ступени и входным для второй. Поэтому он должен нести на себе колесо первой ступни и шестерню второй.

7.5 Построение трехмерных моделей сборок валов Валы в сборе – это первые сборочные единицы, трехмерные модели которых должны быть построены при выполнении курсового проекта одноПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 7 Выбор подшипников и построение сборок трехмерных моделей валов КОМПАС 3D, который желательно сразу сохранить, присвоив ему узнаваемое имя, например, « Вал быстроходный.a3d». Хотя этот файл имеет то же название, что и деталь « Вал быстроходный.m3d», но его легко найти на диске по расширению и иконке файла.

Создание сборки начинают с операции «Добавить из файла» панели инструментов «Редактирование сборки» как это уже было описано в п. 5.4 (Построение 3D модели зубчатого зацепления). Первой вставляемой деталью должен быть вал (или вал-шестерня). На него «одевают» уже созданную 3D модель зубчатого колеса, подшипники, трехмерные модели который выбирают из «Библиотеки стандартных изделий», и шпонки, из той же библиотеки.

Точное положение каждой вновь устанавливаемой детали назначается при помощи «Сопряжений». Зубчатые колеса не должны вращаться вокруг вала, поэтому сопряжения типа «Вращение» здесь не применяются.

Чаще других используются сопряжения «Соосность» и «Совпадение объектов». Если между подшипниками (их внутренними кольцами) и ступеПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 7 Выбор подшипников и построение сборок трехмерных моделей валов нями валов стоят маслоотражающие (маслоотбойные) кольца или дистанционные втулки, то их можно создать либо в отдельном окне, а затем вставить в сборку, либо прямо в сборке. Во втором случае вначале выделяют курсором поверхность уже имеющейся в сборке детали, затем нажимают на кнопку «Создать деталь». Можно даже создать подсборку, выбрав кнопку «Создать сборку». Программа предлагает сохранить в нужном месте создаваемую деталь и присвоить ей имя. После этого на выделенной поверхности создают «Эскиз», в котором обычным образом строят изображение первой поверхности или сечения новой детали. Закрывают эскиз. Затем с помощью одной из разновидностей операции «Выдавливания» строят деталь, при этом, если это дистанционная втулка, кольцо регулировочное или прокладка как на рисунке 7.6, то ее можно «протянуть» «На расстояние»

«До поверхности», которую указывают курсором.

На этом этапе обязательно должна быть проверена правильность взаимного расположения деталей на валу при помощи операции «Сечение поверхностью» по одной из основных плоскостей файла, как это видно на рисунке 7.7.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 7 Выбор подшипников и построение сборок трехмерных моделей валов Ступица зубчатого колеса и торцы внутренних колец подшипников должны упираться в буртики вала или дистанционные втулки. Шпонки обязаны располагаться точно в подготовленных для них пазах. Все детали должны быть зафиксированы на валу и относительно друг друга достаточным количеством сопряжений (не должны перемещаться с помощью команд «Переместить компонент» и «Повернуть компонент» из панели инструментов «Редактирование сборки»). Исключение составляют стандартные детали, не имеющие плоских граней, например, цилиндрические шайбы и построения» всегда будет стоять минус в скобках, так как одна степень свободы остается незафиксированной (вращение вокруг продольной оси). Трехмерные модели всех стандартных деталей из библиотек КОМПАСа всегда имеют одинаковый темно-серый цвет, изменить который пока невозможно.

Трехмерные модели подшипников в сборки валов следует вставлять из «Справочника по подшипникам» КОМПАСа. Для этого на панели «Библиотеки» выбирают строчку «2 Стандартные изделия», а затем «Вставить элемент». В открывшемся окне «Библиотека Стандартные ИздеПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 7 Выбор подшипников и построение сборок трехмерных моделей валов лия» открывают папку «Подшипники качения» и далее находят нужный подшипник. Основная сложность в пользовании этой библиотекой заключается в том, что для поиска уже выбранного номера подшипника нужно знать стандарт, по которому он изготовлен. Например, ГОСТ 21179-78 определяет требования к подшипникам от трехзначных (806) обозначений, до шестизначных (920905), поэтому перед входом в библиотеку стандарт желательно запоминать или записывать.

Подшипники можно поискать также в 2D Конструкторской библиотеке КОМПАСа. Для этого создают вспомогательный файл формата «Фрагмент», затем нажимают на кнопку «Менеджер библиотек» открывают «Машиностроение Конструкторская библиотека Подшипники» и выбирают паку, например, «Подшипники шариковые», как это показано на рисунке 7.8. Потом выделяют нужный подшипник и нажимают кнопку «ОК».

Появляется фантом изображения разреза подшипника, который вставляют во фрагмент, привязываясь к началу координат. Далее разрушают изображение командой «Редактор Разрушить» и рядом строят три изображения сечеПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 7 Выбор подшипников и построение сборок трехмерных моделей валов ний внутреннего кольца, тела вращения и наружного кольца, копируя элементы изображений с разреза подшипника.

Эти изображения используют для построения трехмерных моделей соответствующих деталей в отдельных файлах формата «Деталь». В каждом файле на одной и той же основной плоскости создают эскиз, в который переносят изображение сечения детали с осью вращения, привязываясь к началу координат эскиза точкой начала координат сечения подшипника. Построение моделей деталей по эскизам выполняют операцией «Операции вращения».

уже описывалось выше, одну за другой вводят все три детали. Поскольку каждая из них визуально стоит на своем месте, но только первая зафиксирована по умолчанию, нужно зафиксировать две остальные. Для этого наводят курсор на строку детали в «Дереве построения», нажимают на правую кнопку мышки и в выпавшем подменю нажимают на строчку «Включить фиксацию». Для небольшой сборочной единицы этого достаточно, но можно заПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 7 Выбор подшипников и построение сборок трехмерных моделей валов фиксировать тело качения и наружное кольцо и с помощью «Сопряжений».

Подшипник приобрел характерные очертания, но в нем пока только одно тело качения. Чтобы построить остальные, нужно создать «Ось конической поверхности», а потом при помощи операции «Массив по концентрической сетке» – нужное число тел качения.

На рисунке 7.9 первый введенный в сборку шар выделен цветом, а множество лучей, исходящих из начала координат, соответствуют осям начала координат каждого шара.

Если нужного подшипника нет в библиотеках КОМПАСа, то его можно поискать в других источниках [5], а затем, найдя нужные размеры, построить эскизы и детали, а также создать трехмерную модель подшипника в сборе.

Используя описанную выше методику можно построить подшипник и как одну единую деталь, это показано на рисунке 7.10. Для изображения подшипника в сборочных единицах проекта это не имеет большого значения, поскольку на стандартные изделия не нужно выпускать рабочие чертежи, а подобные элементы относят к покупным изделиям. К томуже появляется Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 7 Выбор подшипников и построение сборок трехмерных моделей валов возможность Тосно сопрячь подшипник по плоскостям, чтобы тела качения попадали в плоскость сечения.

Подобным образом строят и другие детали и подсборки, которых нет в библиотеках КОМПАСа, но их размеры стандартизованы или существуют отраслевые нормали на их форму и величину.

Очень часто в технике применяют подшипники качения с открытыми сепараторами, рассчитанные под консистентную смазку. Чтобы предотвратить попадание жидкой смазки в подшипники качения (обычно это индустриальные масла марок И20, И40), разбрызгиваемой зубчатыми колесами во внутренней полости редуктора, и исключить разжижение консистентной смазки, ставят маслоотражающие кольца, вращающиеся вместе с валами.

Размеры маслоотражающих колец нормализованы [4] (т. 3, стр. 307).

Чтобы предотвратить попадание пыли в подшипниковые узлы и вытекание подшипниковой смазки на выходных концах валов (внутри проходных крышек) устанавливают уплотнения. Обычно уплотнения делают лабиринтными, сальниковыми или комбинированными по нормалям [4] (т. 3, стр. 307).

Манжетное уплотнение 1 на рисунке 7.11 должно содержать стандартную манжету, которую следует выбирать из «Библиотеки стандартных издеПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 7 Выбор подшипников и построение сборок трехмерных моделей валов лий» КОМПАСа. Цилиндрическую ступень вала перед выходным его концом следует задавать исходя из размеров выбранного уплотнения (например, на рисунке 7.1 это 19 длиной 8 мм).

Крыша подшипникового узла также должна уплотняться для предотвращения попадания пыли и протекания подшипниковой смазки. Наилучшим образом эта задача решается при помощи установки уплотнительных колец (см. рисунок 7.1) в кольцевой паз крышки для уплотнения по торцевой поверхности прилива корпуса.

Не всегда первый вариант построения трехмерной модели вала (как и любой другой детали или сборочной единицы) будет достаточно удачным.

Если на этом этапе или в последствии обнаружатся ошибки, неточности, нестыковки или даже нерациональности в проектировании, то их следует исправить путем перестроения (редактирования) трехмерных моделей.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 8 Проверочный расчет валов Сконструированный вал в сборе с подшипниками и зубчатыми колесами проверяют на статическую и усталостную прочность, а также на жесткость [6] (т. 2, стр. 46).

8.1 Расчет вала на статическую прочность Расчет валов на статическую прочность производят обычно для среднего сечения (между опорными подшипниками), где расположены зубчатые колеса. При этом учитывают изгибающие и крутящие моменты, возникающие в сечениях валов. Для этого в первую очередь строят эпюры изгибающих и крутящих моментов каждого вала.

8.1.1 Рекомендации к построению эпюр Расчетные схемы и эпюры изгибающих моментов, приведенные выше на рисунках с 8.1 по 8.8, построены с использованием среды КОМПАСГрафик, что очень удобно для последующей вставки их в текст пояснительной записки. Для построения рисунка создают вспомогательный файл формата «Фрагмент», в котором, используя операции инструментальных панелей «Геометрия», «Размеры», «Обозначения» и «Редактирование», выполняют необходимые построения. С этой целью используют вспомогательные линии, отрезки, окружности, эллипсы, проставляют размеры и т. п. Масштаб изображения валов выбирают таким, чтобы весь рисунок размещался на листе формата А4. Желательно использовать параметризацию, тогда построение нескольких эпюр для реверсивного редуктора упростится.

В завершение файл сохраняют, например, под именем «Эпюры быстроходного вала».

8.1.2 Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов на валах Для проверки статической прочности валов определяют реакции их опор (подшипниковых узлов), строят эпюры изгибающих и крутящих моментов. Для различных типов редукторов расчетные схемы и формы эпюр несколько отличны друг от друга, поэтому ниже они представлены в отдельности. Для редукторов различных компоновочных решений (горизонтальных, вертикальных, реверсивных, нереверсивных) расчетные схемы и вид эпюр изгибающих моментов могут быть различны. Ниже на рисунках с 8.1 по 8. приведены примеры их построения для ведущего вала (нижний индекс 1 условно опущен) двух типов передач (цилиндрической и конической) горизонтальной компоновки, а для червячной (ведущего и ведомого валов) – вертикальной. В расчетных схемах ведомого вала направления осевой и окружной сил должны быть изменены на противоположные, а выражения для опредеПроверочный расчет валов ления реакций Rj в j-й подшипниковой опоре (j = А, В) в горизонтальной (с индексом х) или вертикальной (с индексом y) плоскостях, а также изгибающих моментов в опасных сечениях будут иными. Студент должен построить расчетные схемы, эпюры, а также определить значения реакций и изгибающих моментов самостоятельно. На рисунке 8.8 дан пример расчета промежуточного вала с косозубыми цилиндрическими колесами.

При расчете реверсивных редукторов необходимо определить максимальные изгибающие моменты в опасных сечениях валов для обоих направлений движения (окружная Ft и осевая Fa силы меняют свое направление на противоположное).

Величины сил, возникающих в зубчатом зацеплении соответствующей передачи, уже определены в пп. 2 (Расчет цилиндрической зубчатой передачи), 3 (Расчет конической зубчатой передачи) и 4 (Расчет червячной передачи). Расчет консольных радиальных сил Fк одинаков для редукторов всех типов и выполнен в п. 2.3.9 (Определение консольных сил). Линейные размеры ступеней валов, расстояние между условным местом приложения сил (середина ширины зубчатого колеса) и реакциями опор (середина ширины внутренних колес подшипников) нужно брать такими, какие получены при построении трехмерных моделей валов в сборе (см. п. 7.5, Построение трехмерных моделей сборок валов).

8.1.2.1 Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов для валов цилиндрических зубчатых передач Для нереверсивных горизонтальных цилиндрических редукторов расчетные схемы и вид эпюр изгибающих моментов ведущего вала приведены на рисунках с 8.1 по 8.3.

Здесь dwi – есть начальный диаметр зубчатого колеса. Для некоррегированных колес он равен делительному (d1 или d2). Для остальных колес может быть определен как RAx, RAy, RBx, RBy – реакции а опорах (Н) а Mxi и Myi – изгибающие моменты в горизонтальной и вертикальной плоскостях, соответственно, Н мм.

В шевронной передаче осевые силы, возникающие в полушевронах, взаимно уравновешиваются.

8.1.2.2 Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов для валов конических зубчатых передач В прямозубой конической передаче всегда отсутствуют осевые силы.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа А в косозубой и с круговым зубом они всегда возникают. Для нереверсивных горизонтальных конических редукторов расчетные схемы и вид эпюр изгибающих моментов ведущего вала приведены на рисунках 8.4 и 8.5. Обозначения на рисунках приняты такие же, как и для цилиндрических передач (см.

предыдущий пункт). Диаметры начальной окружности должны быть определены для среднего сечения основного конуса зубчатых колес.

Рисунок 8.1 – Определение изгибающих моментов на валу цилиндрической Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 8.1.2.3 Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов для валов червячных зубчатых передач Для нереверсивных вертикальных червячных редукторов (с нижним расположением червяка) расчетные схемы и вид эпюр изгибающих моментов ведущего вала (червяка) приведены на рисунке 8.6. Обозначения на рисунке приняты такие же, как и для цилиндрических и конических передач (см. выше).

Рисунок 8.2 – Определение изгибающих моментов на валу цилиндрической Диаметры начальной окружности червяка и червячного колеса рассчитывают как Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Для вала червячного колеса вертикального нереверсивного редуктора (с верхним расположением червяка) направления сил будут противоположны силам на червяке. Но окружная сила червяка равна осевой силе колеса, осевая сила червяка равна окружной силе колеса, а радиальные силы червяка и колеса равны друг другу. Выражения для определения реакций в подшипниковых опорах А и В, расчетные схемы и вид эпюр изгибающих моментов ведомого вала (с червячным колесом) приведены на рисунке 8.7.

Рисунок 8.3 – Определение изгибающих моментов на валу шевронной передачи Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 8.1.2.4 Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов на промежуточных валах двухступенчатых редукторов Для нереверсивных горизонтальных двухступенчатых редукторов расчетная схема и вид эпюр изгибающих моментов промежуточного вала приведена на рисунке 8.8. Обозначения на рисунках приняты такие же, как и для цилиндрических передач (смотри выше), но добавлены индексы, обозначающие номер колеса (1 или 2) в передаче и порядок самой передачи (б или т).

Рисунок 8.4 – Определение изгибающих моментов на валу с консольным расположением колеса конической передачи Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа В качестве колеса первой ступени (быстроходной) может быть установлено также коническое или червячное, а в качестве шестерни второй ступени (тихоходной) – коническая или червяк. Диаметры начальных окружностей должны быть определены для соответствующего типа зубчатых колес.

Разумеется, осевых сил может и не быть в случае использования прямозубых колес.

Рисунок 8.5 – Определение изгибающих моментов на валу с промежуточным расположением колеса конической передачи 8.1.3 Определение величины суммарного изгибающего момента Полученные при построении эпюр результаты используют в расчетах.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Наибольшую величину суммарного изгибающего момента определяют для одного или нескольких наиболее опасных сечений вала, которые считаются таковыми по опасному соотношению диаметра вала и величин изгибающих моментов в горизонтальной и вертикальной плоскостях. То есть, если вал сравнительно тонкий, а величины изгибающих моментов сравнительно большие, то это сечение есть опасным и требует проверки. Прежде всего, требуют проверки места установки зубчатых колес.

Рисунок 8.6 – Определение изгибающих моментов на валу червяка В расчете определяют наибольшую величину суммарного изгибающего момента в k-м (опасном) сечении по формуле Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа где M xk и M yk – изгибающие моменты в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно k-го сечения, Н мм.

Рисунок 8.7 – Определение изгибающих моментов на валу червячного колеса 8.1.4 Определение величины эквивалентного момента Эквивалентный момент в k-ом сечении определяют как Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Рисунок 8.8 – Определение изгибающих моментов на промежуточном валу 8.1.5 Определение диаметров вала в опасных сечениях В каждом опасном сечении определяют минимально допустимый диаметр вала в миллиметрах по условию его прочности и достаточной жесткости как Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа где [ н ] – допускаемые напряжения изгиба, принимают равными от до 60 МПа.

Если хотя бы в одном опасном сечении вал окажется слишком тонким, то его диаметр должен быть увеличен до минимально допустимого. Иногда при этом нужно увеличить размеры и других ступеней вала, отредактировав его трехмерную модель.

8.2 Расчет вала на усталостную прочность Расчет на усталостную прочность проводят в форме определения коэффициента запаса прочности S в опасных сечениях вала. При этом учитывают характер изменения эпюр изгибающих и крутящих моментов, наличие концентраторов напряжений, ступенчатость вала.

Условие прочности для k-го сечения имеет следующий вид где [S ] – требуемый коэффициент запаса прочности, обычно принимают равным от 1,3 до 1,5, а если вал должен быть особо жестким, то и до 3;

S и S – коэффициенты запаса прочности соответственно по нормальным и касательным напряжениям, определяемые как где 1 и 1 – пределы выносливости материала (МПа) при изгибе и кручении с симметричным знакопеременным циклом нагружения. Для углеродистых сталей 1 принимают равным 0,43 в, а для легированных вычисляют по выражению 0,35 в + 70 ; 1 = 0,58 1 ;

а, а и т, т – амплитуды и средние напряжения циклов нормальных и касательных напряжений.

Обычно напряжения в поперечном сечении вала при изгибе изменяются по симметричному циклу, а при кручении – по пульсирующему циклу.

Поэтому принимают Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа При реверсивном вращении напряжения при кручении изменяются по симметричному циклу, поэтому и – коэффициенты, характеризующие чувствительность материала к асимметрии цикла нагружения. Их значения определяют из таблицы 8.1;

k и k – эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении, учитывающие влияние галтели, поперечного отверстия, кольцевой выточки, шпоночного паза, шлицев, резьбы и т.п. Принимают по таблице 8.2. Если в одном сечении действует несколько концентраторов напряжений, учитывают влияние наиболее опасного из них;

и – масштабные факторы, т.е. коэффициенты, учитывающие влияние поперечных размеров вала, принимают по таблице 8.3;

т – коэффициент поверхностного упрочнения, вводится при поверхностной закалке ТВЧ, азотировании, цементировании и т.д. Принимают по таблице 8.4.

Таблица 8.1 – Коэффициенты чувствительности к асимметрии цикла Желательно применять подчеркнутые марки сталей, они заложены в справочник материалов КОМПАСа Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Таблица 8.2 – Эффективные коэффициенты концентрации напряжений Поперечное отверстие (при а/d от 0,05 до 0,025) Примечание – Использовать интерполяцию как в таблице 2. Таблица 8.3 – Масштабные факторы Вид нагружеТип стали Углеродистая 0,95 0,92 0,88 0,85 0,81 0,76 0,73 0, (изгиб) Легированная 0,87 0,83 0,77 0,73 0,70 0,66 0,64 0, (кручение) 0,92 0,89 0,81 0,78 0,76 0,73 0,71 0, Примечание – Использовать интерполяцию как в таблице 2. Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 8.3 Расчет вала на жесткость Размеры вала, определенные расчетом на прочность, не всегда обеспечивают достаточную его жесткость, необходимую для нормальной работы зубчатой передачи (перекос зубчатых колес и концентрация нагрузки по длине зуба) и подшипников (защемление тел качения). Валы редукторов обычно выдерживают проверку на жесткость, но валы червяков всегда проверяют на изгибную жесткость для обеспечения правильности зацепления.

Таблица 8.4 – Коэффициент поверхностного упрочнения т Изгибная жесткость обеспечивается при выполнении условий где [ f ] и [ ] – допускаемые прогибы и углы наклона упругих линий валов. Допускаемые прогибы [ f ] рекомендуется принимать в зависимости от модуля зацепления по следующим соотношениям для валов зубчатых передач:

– цилиндрическая………………………………. 0,01m;

– коническая, гипоидная и глобоидная……...... 0,005m;

– червяк………………………………………..… 0,01m.

Рекомендуется принимать допустимый угол наклона вала [ ] в подшипниках различного типа следующей величины:

– радиальный шариковый……………………… 0,005 рад;

– подшипник скольжения…………………….... 0,001 рад.

При симметричном расположении опор относительно прилагаемой к зубчатому колесу нагрузки (наиболее типичном для одноступенчатых редукторов) прогиб (стрела прогиба), например, вала червяка определяется из выражения Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа где Е – модуль продольной упругости, для стали равен 2,1 105 МПа;

Iпр – приведенный момент инерции сечения червяка с учетом витков, мм, определяемый как Если жесткости вала червяка недостаточно, увеличивают коэффициент диаметра червяка q и повторяют расчеты и построения элементов червячной передачи.

8.4 Проверочный расчет шпоночных соединений Детали разъемных соединений проектируемого редуктора выбирали либо по рекомендациям КОМПАСа (шпонки и шлицы по диаметру вала), либо по таблицам из справочных материалов. Теперь необходимо проверить их на прочность.

Выбранные шпонки проверяют на смятие и срез. Сталь, из которой изготавливают шпонки, обычно прочнее материала, из которого делают ступицы зубчатых колес, поэтому проверяют, на самом деле, ступицы. Напряжения смятия, возникающие при работе шпонки не должны превысить допустимых для материала, из которого будет изготовлена ступица колеса.

где Тi – крутящий момент на конкретном валу, Н мм (i = 1, 2);

di – диаметр конкретного вала, мм (i = 1, 2);

h – высота шпонки, мм;

t1 – глубина шпоночного паза вала, мм;

lp – рабочая длина шпонки, мм. Если шпонка со скругленными торцами, то где l – полная длина шпонки, мм; b – ширина шпонки, мм;

[ см ] – допускаемое напряжение смятия, МПа.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Для стальной ступицы принимают равным от 100 до 120 МПа, а для чугунной – от 50 до 60 МПа.

На срез шпонку проверяют по формуле где ср – допускаемое напряжение на срез шпонки, принимают равным от 60 до 90 МПа.

Если напряжения смятия окажутся более чем на 5 % выше допускаемых, следует увеличить длину шпонки или установить две шпонки под углом 180° одна к другой. Если же напряжения будут значительно ниже, то можно принять меньший типоразмер шпонки. Для этого придется изменить трехмерные модели вала и зубчатого колеса.

Проверочный расчет шлицевого соединения схож с расчетом шпоночного, различие состоит в том, что должна быть посчитана суммарная поверхность сечения смятия всех шлицев соединения [6] (т. 2, стр. 73).

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 9 Проверочный расчет подшипников Выбранные в п. 7 (Выбор подшипников и построение сборок трехмерных моделей валов) подшипники должны быть проверены на несущую способность и долговечность. Проверочный расчет производят по традиционной [5] методике, которая слегка отлична для разных типов подшипников.

9.1 Проверочный расчет радиальных подшипников Радиальные шариковые и роликоподшипники предназначены для восприятия в основном радиальной нагрузки, но способны выдерживать незначительную осевую нагрузку.

9.1.1 Расчет при действии только радиальной нагрузки Если на подшипник воздействует только радиальная нагрузка, например, на валах прямозубой или шевронной цилиндрической передач, то последовательность расчета следующая:

а) определяют радиальную нагрузку на подшипник j-й опоры (j = А, В) с учетом режима нагружения зубчатой передачи в Ньютонах где КНЕ – коэффициент эквивалентности режима работы передачи, определялся по таблице 2.3 в п. 2.2.1 (Определение коэффициентов эквивалентности нагрузки);

Frj – вероятная радиальная реакция в опорах горизонтального одноступенчатого редуктора при действии максимального длительного момента, Н, определяемая как где R j – реакции в подшипниковых опорах А и В соответственно в плоскостях x или y, определенные в п. 8.1.1 (Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов на валах), Н. Для вертикального одноступенчатого редуктора последнее слагаемое в выше приведенном выражении должно быть R jy, поскольку основное (радиальное) усилие в передаче действует вертикально;

б) для выбранного подшипника из справочной литературы [5] выписывают значение базовой динамической грузоподъемности С (иногда его обозначают Cr ). Его можно также найти в 2D Конструкторской библиотеке «Фрагмент», затем нажимают на кнопку «Менеджер библиотек»

открывают «Машиностроение Конструкторская библиотека Подшипники» и выбрают паку, например, «Подшипники шариковые», как это показано на рисунке 7.8;

в) определяют эквивалентную нагрузку, действующую на подшипник где V – коэффициент вращения, равен 1,0, если вращается внутреннее кольцо подшипника, и 1,2 – если наружное (в редукторах обычно вместе с валом вращается внутреннее кольцо подшипника);

Кб – коэффициент безопасности, в зависимости от условий безопасности принимают в диапазоне от 1,0 до 2,5;

Кt – температурный коэффициент, принимают равным 1,0, поскольку рабочая температура подшипников качения обычно не превышает 100 °С;

г) определяют номинальную долговечность (ресурс) в миллионах оборотов где р – показатель степени долговечности, для шарикоподшипников принимают равным 3, а для роликоподшипников – 10/3;

д) сравнивают полученный ресурс с заданным в техническом задании на курсовое проектирование (см. п 1.2, Варианты заданий на курсовое проектирование). Если полученная долговечность меньше заданной или больше ее более чем в 10 раз, принимают другой подходящий типоразмер подшипника, а все построения трехмерных моделей и расчеты валов начиная с п. 7 (Выбор подшипников и построение сборок трехмерных моделей валов) повторяют.

9.1.2 Расчет при действии радиальной и осевой нагрузок Радиальные подшипники способны воспринимать не только радиальные, но и осевые усилия, не превышающие 70 % неиспользованной допустимой радиальной нагрузки. Их можно применять, например, на валах косозуПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа бой цилиндрической передачи с углом наклона линии зуба до 9°. Последовательность расчета подшипников в этом случае следующая:

а) определяют радиальную нагрузку на подшипник j-й опоры (j = А, В) с учетом режима нагружения зубчатой передачи в Ньютонах где КНЕ – коэффициент эквивалентности режима работы передачи, определялся по таблице 2.3 в п. 2.2.1 (Определение коэффициентов эквивалентности нагрузки);

Frj – вероятная радиальная реакция в опорах горизонтального одноступенчатого редуктора при действии максимального длительного момента, Н, определяемая как где R j – реакции в подшипниковых опорах А и В соответственно в плоскостях x или y, определенные в п. 8.1.1 (Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов на валах), Н. Для вертикального одноступенчатого редуктора последнее слагаемое в выше приведенном выражении должно быть R jy, поскольку основное (радиальное) усилие в передаче действует вертикально;

б) для выбранного подшипника из справочной литературы [5] выписывают значение базовой динамической С (иногда его обозначают Cr ) и статической С0 (иногда его обозначают C0r ) грузоподъемности;

в) определяют величину отношения осевой силы, возникающей в зубчатой передаче, к статической грузоподъемности подшипника и по его величине из таблицы 9.1 находят величину параметра осевого нагружения е;

г) определяют отношения величины осевой силы, силы, возникающей в зубчатой передаче, к радиальным нагрузкам на подшипники двух опор вала Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа где V – коэффициент вращения, равен 1,0, если вращается внутреннее кольцо подшипника, и 1,2 – если наружное (в редукторах обычно вместе с валом вращается внутреннее кольцо подшипника);

д) определяют эквивалентную нагрузку, действующую на каждый подшипник где X, Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузки соответственно, выбирают из таблиц 9.1 и 9.2 (для соответствующего вида подшипников), а остальные коэффициенты, – как описано выше в п. 9.1.1 (Расчет при действии только радиальной нагрузки);

Таблица 9.1 – Значения параметра е и коэффициентов X, Y для однорядных радиальных подшипников Примечание – Использовать интерполяцию как в таблице 2. Таблица 9.2 – Значения параметра е и коэффициентов X, Y для самоустанавливающихся радиально-сферических подшипников

X Y X Y X Y X Y

Примечание – Использовать интерполяцию как в таблице 2. Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа е) для наиболее нагруженного из двух опор подшипника определяют номинальную долговечность (ресурс) в миллионах оборотов где р – показатель степени долговечности, для шарикоподшипников принимают равным 3, а для роликоподшипников – 10/3;

ni – частота вращения i-го вала;

ж) сравнивают полученный ресурс с заданным в техническом задании на курсовое проектирование (см. п 1.2, Варианты заданий на курсовое проектирование). Если полученная долговечность меньше заданной или больше ее более чем в 10 раз, принимают другой подходящий типоразмер подшипника, а все построения трехмерных моделей и расчеты валов начиная с п. 7 (Выбор подшипников и построение сборок трехмерных моделей валов) повторяют.

9.2 Проверочный расчет радиально-упорных подшипников Радиально-упорные подшипники применяют в косозубых цилиндрических, конических и червячных передачах, – там, где осевые силы велики.

Подшипники на валу чаще всего устанавливают «враспор». Могут применяться как шариковые, так и роликовые подшипники.Последовательность расчета подшипников в этом случае следующая:

а) определяют радиальную нагрузку на подшипник j-й опоры (j = А, В) с учетом режима нагружения зубчатой передачи в Ньютонах где КНЕ – коэффициент эквивалентности режима работы передачи, определялся по таблице 2.3 в п. 2.2.1 (Определение коэффициентов эквивалентности нагрузки);

Frj – вероятная радиальная реакция в опорах горизонтального одноступенчатого редуктора при действии максимального длительного момента, Н, определяемая как Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа где R j – реакции в подшипниковых опорах А и В соответственно в плоскостях x или y, определенные в п. 8.1.1 (Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов на валах), Н. Для вертикального одноступенчатого редуктора последнее слагаемое в выше приведенном выражении должно быть R jy, поскольку основное (радиальное) усилие в передаче действует вертикально;

б) для выбранного подшипника из справочной литературы [5] выписывают значение базовой динамической С (иногда его обозначают Cr ) и статической С0 (иногда его обозначают C0r ) грузоподъемности;

в) определяют величину параметра осевого нагружения е. Для конических роликовых подшипников (как это видно из таблицы 9.3) он равен 1,5 tg, где – угол контакта, определяют из таблиц справочной литературы [5], [6] (стр. 135) для конкретного типоразмера подшипника (в некоторых источниках он обозначен ).

Для радиально-упорных шарикоподшипников е находят из таблицы 9. в зависимости от угла контакта и величины отношения осевой силы, возникающей в зубчатой передаче, к его статической грузоподъемности Таблица 9.3 – Значения параметра е и коэффициентов X, Y для радиально-упорных конических и радиальных самоустанавливающихся роликоподшипников

X Y X Y X Y X Y

Примечание – Использовать интерполяцию как в таблице 2. г) вычисляют осевые составляющие радиальных нагрузок для каждой j-й опоры (j = A, B), при этом для шарикоподшипников они равны а для конических подшипников Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Таблица 9.4 – Значения параметра е и коэффициентов X, Y для радиально-упорных шарикоподшипников Примечание – Использовать интерполяцию как в таблице 2. д) используя осевую силу на валу Fa, возникающую в зубчатой передаче, определяют осевые нагрузки Fаj на опоры, пользуясь зависимостями, приведенными в таблице 9.5.

Таблица 9. Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа е) для каждой опоры находят отношения и сравнивают их с е.

Здесь V – коэффициент вращения, равен 1,0, если вращается внутреннее кольцо подшипника, и 1,2 – если наружное (в редукторах обычно вместе с валом вращается внутреннее кольцо подшипника);

Если условие не выполняется, то X, Y (коэффициенты радиальной и осевой нагрузки соответственно) выбирают из таблицы 9.3;

ж) для каждого подшипника вычисляют эквивалентную динамическую нагрузку з) для наиболее нагруженного из двух опор подшипника определяют номинальную долговечность (ресурс) в миллионах оборотов где р – показатель степени долговечности, для шарикоподшипников принимают равным 3, а для роликоподшипников – 10/3;

ni – частота вращения i-го вала;

и) сравнивают полученный ресурс с заданным в техническом задании на курсовое проектирование (см. п 1.2, Варианты заданий на курсовое проектирование). Если полученная долговечность меньше заданной или больше ее более чем в 10 раз, принимают другой подходящий типоразмер подшипника, а все построения трехмерных моделей и расчеты валов начиная с п. 7 (Выбор подшипников и построение сборок трехмерных моделей валов) повторяют.

9.3 Проверочный расчет упорных подшипников Упорные подшипники редко применяются в редукторах. Обычно их ставят в паре с радиальными или радиально-упорными подшипниками на валу червяка для замыкания на корпусные детали редуктора значительных осевых сил, возникающих в червячных передачах. Расчет упорных подшипников, вращающихся с частотой более 1 мин-1, наиболее прост и выполняется в следующей последовательности:

а) определяют эквивалентную нагрузку, действующую на подшипник Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа где Кб – коэффициент безопасности, в зависимости от условий безопасности принимают в диапазоне от 1,0 до 2,5;

Кt – температурный коэффициент, принимают равным 1,0, поскольку рабочая температура подшипников качения обычно не превышает 100 °С;

а) определяют номинальную долговечность (ресурс) в миллионах оборотов где р – показатель степени долговечности, для шарикоподшипников принимают равным 3, а для роликоподшипников – 10/3;

д) сравнивают полученный ресурс с заданным в техническом задании на курсовое проектирование (см. п 1.2, Варианты заданий на курсовое проектирование). Если полученная долговечность меньше заданной или больше ее более чем в 10 раз, принимают другой подходящий типоразмер подшипника, а все построения трехмерных моделей и расчеты валов начиная с п. 7 (Выбор подшипников и построение сборок трехмерных моделей валов) повторяют.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 10 Расчет валов и подшипников в КОМПАС-SHAFT 2D В качестве проверки уже выполненных обычным способом расчетов валов и подшипников на прочность и долговечность эту процедуру повторяют в КОМПАС-SHAFT 2D. Работа с этой библиотекой уже частично описана в п. 5 (Построение трехмерных моделей зубчатых колес). Необходимо лишь продолжить работу в ней.

10.1 Расчет валов КОМПАС-SHAFT 2D Прежде всего, нужно создать файл КОМПАСа «Чертеж» и сохранить его под узнаваемым в последствии именем, например, «Вал тихоходный», или «Вал-шестерня», как это видно на рисунке 10.1.

Потом в меню «Менеджер библиотек» следует открыть библиотеку «Расчет и построение» в КОМПАС-SHAFT 2D, а затем выбрать команду «Построение модели». В выпавшем меню нажимают кнопку «Новая модель», а в новом подменю «Выбор типа отрисовки» выбирают, наРасчет валов и подшипников в КОМПАС-SHAFT 2D пример, «В полуразрезе» и нажимают кнопку «ОК». Курсором вида «крест»

+ привязываются к началу координат на экране монитора, нажимая левую кнопку мышки. При этом вновь открывается меню КОМПАС-SHAFT 2D, где в верхнем окне «Внешний контур» появилось дерево построения модели.

Выбираем именно верхнее окно, поскольку будем строить внешние контуры вала. Далее нажимают на кнопку «Простые ступени» и в выпавшем подменю – строчку «Цилиндрическая ступень». Затем в еще одном выпавшем меню «Цилиндрическая ступень» вводят длину и диаметр ступени, а также размеры фаски, хотя это не обязательно, это видно на рисунке 10.2.

После этого на экране появляется двухмерное изображение цилиндрической ступени. Так постепенно слева направо одна за другой строят все ступени вала.

После этого переходят к «Дополнительным элементам ступеней», эта кнопка становится доступной после выделения одной из ступеней в дереве построения модели. Начинают с подшипников, выделяют ступень, на которой должен размещаться первый подшипник (в нашем примере первую построенную ступень), нажимают на кнопку «Дополнительные элеменПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа ты ступеней» и в выпавшем меню выбирают строчку «Подшипники», как это видно на рисунке 10.3. Теперь появляется меню «Подшипники», в котором нужно выбрать «Тип подшипника», например, «Подшипники роликовые ГОСТ 27365-87» и «Вариант привязки», в нашем случае внутренним кольцом справа, как это видно на рисунке 10.4. Также указывают «Вариант отрисовки» (у нас «Зеркальная») и «Расстояние от базового торца» величиной 2 мм (поскольку в принятой конструкции внутренне кольцо подшипника будет упираться не в буртик вала, а в маслоотражающее кольцо толщиной 2 мм, которое будет устанавливаться между подшипником и буртиком вала). Потом переходят на закладку «Выбор подшипника» и выделяют строчку с нужным подшипником. Нажатие «ОК» добавляет изображение подшипника на валу. Затем в дереве построения модели выделяют ступень посадочного места под второй подшипник и вводят его в модель аналогично первому, но с противоположной ориентацией.

Теперь переходят к процедуре «Приложения нагрузки», эта кнопка становится доступной после выделения базового торца, от которого будет отсчитываться расстояние до точки приложения нагрузки. За базовый лучше Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа принимать левый торец вала и соответственно выделять в дереве построения модели первую ступень, как это видно на рисунке 10.5.

Вводят «Радиальные и осевые силы», «Распределенную нагрузку», «Изгибающий момент» и «Крутящий момент». При вводе нагрузки каждого вида выпадает специальное меню, которое нужно внимательно заполнить, как это показано на рисунке 10.6 на примере крутящего момента (очень важно не перепутать горизонтальную и вертикальную радиальные силы). Один и тот же вид нагрузки можно вводить несколько раз, изменяя точку ее приложения (например, радиальные и осевые силы вала с раздвоенным шевроном). Реакции подшипниковых опор не являются внешними нагрузками, поэтому их не следует вводить как «Приложенные нагрузки». Система сама их определит.

Осевые силы в зубчатых передачах возникают на образующей колес и не действуют строго по оси вала, поэтому после ввода такой силы в расчетную схему нужно добавить изгибающий момент в соответствующей плоскости, который равняются осевой силе умноженной на радиус делительной окружности.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Далее переходят к расчетам и построению эпюр. Для этого нажимают на кнопку «Механические свойства материала модели, расчет модели и подшипников» меню КОМПАС-SHAFT 2D. В выпавшем подменю вначале выбирают верхнюю строчку «Механические свойства материала модели» и выбирают материал, из которого будет изготовлен вал, а затем строчку «Расчет модели и подшипников». В новом выпавшем подменю «КОМПАС ShaftCalc» выбирают кнопку «Общий расчет вала».

Появляется меню «Расчет Вала», в котором нужно выбрать построение всех видов эпюр, нажав на кнопку «Выбрать все графики», запустить расчет, нажав на кнопку «Сформировать отчет». Если выбор материала, из которого будет изготавливаться вал, не был сделан ранее, то его можно выполнить сейчас, перейдя в меню «Сервис».

По завершении вычислений откроется окно с результатами, в котором будут представлены графики эпюр сил, моментов, углов прогиба, эквивалентных напряжений и коэффициента запаса прочности. Результаты расчета Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа проверяют и печатают, потом их подшивают в пояснительную записку к курсовому проекту.

В настройках меню «Расчет Вала», как это видно на рисунке 10.7, можно установить печать результатов в файлах типа «FastReport» и «Чертеж» КОМПАСа, для этого перед началом расчета нажимают на кнопку «На новом листе в КОМПАС-График» или «На отдельных листах в КОМПАС-График». Просмотреть результаты в этом случае можно, наведя курсор на нужную строку автоматически открывающейся закладки «Работа с документами» и дважды нажав на правую кнопку мышки. Нажатие на закладку «Графики и отчеты» сохраняет результаты в папку C:\Program Files\ASCON\KOMPAS-3D V10\Libs\Shaft\Report, откуда их можно копировать и сохранять в папку с файлами курсового проекта, а затем распечатать на бумаге и приложить к пояснительной записке.

Нужно помнить, что КОМПАС пока еще делает некоторые ошибки, например, первая эпюра «График радиальных сил в вертикальной плоскости» всегда строится с левой силой (реакцией опоры), равной 50.000 кН.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Вместо «Графика осевых сил» КОМПАС повторяет «График радиальных сил в горизонтальной плоскости». Иногда некоторые графики воспроизводятся наложенными один на другой. На это не следует обращать внимание.

Аналогично можно выполнить расчет и вала-шестерни или червяка.

Для этого можно открыть файл с уже построенным в КОМПАС-SHAFT 2D двухмерным построением шестерни или червяка и достроить слева и справа недостающие цилиндрические ступени, добавить подшипники и нагрузки. В этом случае некоторые ячейки меню нагрузок уже будут заполнены по результатам расчета зубчатых колес. С этими значениями можно согласиться или изменить их. В остальном расчет вал-шестерни или червяка аналогичен расчету вала.

Чтобы закончить работу по расчету валов нужно нажать кнопку «Сохранить модель и выйти», а также сохранить сам файл фрагмента или чертежа, в котором проводились двухмерные построения вала и его расчет. Можно также построить трехмерную модель вала, вал-шестерни или червяка, нажав на кнопку «Дополнительные построения», а затем выбрать в подменю такую же кнопку «Генерация твердотельной модеПроцив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа ли», как это уже было описано в п. 5.1 (Построение зубчатых колес цилиндрической передачи). Но можно сразу перейти к расчету подшипников.

10.2 Расчет подшипников КОМПАС-SHAFT 2D Расчет подшипников является продолжением расчета валов в КОМПАС-SHAFT 2D. В меню «КОМПАС ShaftCalc» выбирают кнопку «Расчет подшипников», после этого открывается меню «Расчет подшипников»

в котором по результатам расчета вала уже заполнены некоторые ячейки в двух строчках (для левого и правого подшипников). Но величины сил, действующих на подшипник вдоль оси нужно ввести (хотя они уже вводились при расчете вала). Для этого нужно перейти в меню «Настройки» и поставить «птичку» в строчке «Учитывать осевую нагрузку, действующую на радиальную нагрузку», как это показано на рисунке 10.8.

Затем открывают закладку «Расчет на тепловыделение», ставят птичку в соответствующем окошке и при необходимости меняют параметры подшипниковой смазки. Затем нажимают на кнопку «Ресурс работы» и Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа вводят величину ресурса работы и частоту вращения вала. Нажимают кнопку «ОК» и «Расчет подшипника». Появляется окно с результатами расчета, которые нужно сохранить в папку курсового проекта, распечатать на бумаге и приложить к пояснительной записке.

Чтобы закончить работу по расчету подшипников нужно закрыть меню «Расчет подшипников» и «КОМПАС ShaftCalc», нажать кнопку «Сохранить модель и выйти», а также сохранить сам файл фрагмента или чертежа, в котором проводились двухмерные построения вала с подшипниками и их расчет.

10.3 Редактирование 3D моделей валов По результатам проверочных расчетов валов и подшипников обычно необходимо выполнить редактирование трехмерных моделей валов-деталей и валов-сборок. Для этого вначале редактируют детали. Открывают файл вала, находят в дереве построения операцию, которая требует изменений (выделенная курсором в дереве построения операция, «подсвечивается» программой на детали), и нажимают на правую кнопку мишки. В появившемся подменю выбирают строчку «Редактировать» и вносят изменения, например, в длину ступени вала. Если в подменю выбрать строчку «Редактировать эскиз», то можно вносить изменения, например, в диаметр ступени вала.

Аналогично вносят корректировки в сборки валов. Если после редактирования валов-деталей нужно изменить дистанционные (упорные) втулки или кольца, то они могут быть отредактированы, как это описано выше, однако могут возникнуть некоторые трудности. Так, например, если после редактирования валов существенно изменились длины или диаметры цилиндрических ступеней валов, добавились новые ступени или буртики, то программа может не уследить за перестроением некоторых библиотечных элементов (шпоночных пазов, канавок, шлицев и т.п.). Правильность их расположения необходимо проверить визуально, а лучше с проверкой размеров.

Для этого иногда нужно перейти в режим редактирования подозрительных операций, открыть их эскизы и проверить размеры длин и диаметров. Удобно пользоваться инструментальной панелью «Измерения 3D» и командой «Расстояние и угол» в ней, но нужно быть осторожным, – эта команда показывает кратчайшее расстояние между конкретными гранями, а не плоскостями на которых они расположены.

Иногда после редактирования сборок или деталей, на некоторых иконках сборок, деталей, сопряжений, операций и эскизов в «Дереве построения» могут появиться знаки «Ошибка построения». Чаще всего это бывает в деталях, отдельные элементы которых построены с использованием команды «Спроецировать объект», когда на плоскости эскиза построены объекты (элементы объектов), являющиеся проекциями ребер или точек, полученных при построении других операция на той же детали, или даже на других деталях сборки. При некоторых перестроениях (или даже самоконтроле программы) могут потеряться связи с исходными плоскостями или Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа объектами на них. Самый простой способ – избавиться от старых связей. Для этого открывают проблемный эскиз, копируют или подозрительную часть изображения эскиза, или все изображение целиком командой «Редактор Выделить все», а затем вырезают изображение командой «Вырезать» и привязаться курсором к началу координат. Затем, нажав на кнопку «Вставить» опять привязываются к началу координат и вставляют только что вырезанное изображение на прежнее место. Иногда после этого связь еще сохраняется, поэтому после вырезания изображения эскиз нужно закрыть и снова открыть, а только потом вставить вырезанное изображение.

Возникают «Ошибки построения» и в сопряжениях, когда по какой либо причине программа теряет связь между деталями сборки, как это видно на рисунке 10.9. Чаще всего это происходить при удалении или замене их.

Стандартизованные элементы из библиотек КОМПАСа редактируются аналогично, за исключением того, что в этом случае вновь открывается окно библиотеки, в котором следует выбрать другой подходящий элемент.

Отредактированные файлы должны быть сохранены под прежними именами.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 11 Компоновка редуктора 11.1 Построение 3D сборки зубчатой передачи Следующим этапом работы по созданию трехмерной модели редуктора есть построение сборки зубчатой передачи в КОМПАС 3D, как это показано на рисунке 11.1. Процедура ее создания аналогична описанной в п. 5.4 (Построение 3D модели зубчатого зацепления), только вместо деталей зубчатых колес в новую сборку вводят сборки валов (в новой сборке они станут подсборками). Все остальные операции производят аналогично. Зубчатое зацепление должно быть правильным, для проверки этого необходимо рассечь сборку по одной-двум перпендикулярным плоскостям операцией «Сечение поверхностью» (это последняя строчка в «Дереве построения» на рисунке 11.1).

По завершении просмотра операцию исключают из расчета, – наводят курсор на строчку операции в «Дереве построения», нажимают правую кнопку мышки и в контекстом меню выбирают строчку «Исключить из расчета» (перед иконкой операции появляется крестик ). В любой момент опеКомпоновка редуктора рацию можно снова сделать активной, выполнив те же действия, но теперь уже выбрав строчку «Включить в расчет».

Убедившись в правильности зацепления зубчатой передачи можно исключить из расчета операции «нарезания» зубьев на шестернях, колесах и червяках, поскольку эти операции требуют значительных вычислительных ресурсов компьютера и не нужны для выпуска чертежей. Если зубчатое колесо построено с помощью КОМПАС-SHAFT 3D, то макрокоманду построения шестерни в файле детали (или на ее иконке в дереве построения сборки) нужно перевести в режим редактирования, а на закладке «Свойства» нажать кнопку «Строить без зубьев». После подтверждения «Создать объект» модель перестроится, но уже без зубьев. Если по какой либо причине макрокоманда была разрушена, то в дереве построения находят операцию «нарезания» первого промежутка между двумя соседними зубьями и «Исключают из расчета» эту операцию. Операции нарезания остальных промежутков будут исключены из расчета программой автоматически.

Файл сохраняют под именем, например, «Зубчатая передача».

11.2 Построение вспомогательного эскиза плоскости разъема корпуса Чтобы перейти к построению трехмерных моделей корпусных деталей, в файле «Зубчатая передача» строят вспомогательный эскиз на будущей плоскости разъема корпуса и крышки, как это показано на рисунке 11.2.

Это плоскость, в которой расстояние между осями валов равно межосевому (обычно одна из основных плоскостей файла сборки). На ней создают новый «Эскиз» (последняя строчка в «Дереве построения», – «Эскиз:1»

на рисунке 11.2), в котором вдоль осей валов проводят вспомогательные прямые. Как правило, одна из них проходит через начало координат. Затем с помощью операции «Спроецировать объект» получают линии проекций внутренних сторон подшипников (ближних к зубчатому зацеплению). Отступая от этих линий от 2 до 5 мм внутрь редуктора, проводят вспомогательные прямые, которые, пересекаясь, образуют четырехугольник, обозначающий внутреннюю полость редуктора. Отступая от них вспомогательными параллельными прямыми наружу за подшипники получают внешний контур и, – примерное изображение фланца разъема редуктора.

Оба контура обводят замкнутой основной линией. В некоторых разновидностях схем компоновки редукторов, например, в конических, контур внутренней полости редуктора и плоскость фланца делают не прямоугольными, а более сложной формы. Это видно на рисунке 11.3.

В каждом конкретном случае нужно ориентироваться на компоновочную схему, принятую ранее (см. п. 1.3, Выбор схемы компоновки редуктора и определение его передаточного числа).

Далее, в эскизе удаляют основные линии проекций подшипников, а два контура выделяют рамкой и копируют в буфер памяти, привязываясь к началу координат. Эскиз закрывают, а файл сохраняют. Собственно, этот файл Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа уже можно назвать «Редуктор», потому что первые три сборочные единицы (три вала в сборе) уже условно установлены в него.

Не всегда все валы редуктора располагаются в одной плоскости. Например, червячно-цилиндрический и цилиндроконический редукторы обычно имеют передачи, расположенные в перпендикулярных плоскостях. Поэтому и формировать их нужно в двух плоскостях. Поверхностей разъема у таких редукторов чаще всего бывает одна или две, и выбрать их положение – право конструктора.

11.3 Редактирование валов и мест размещения подшипников на валах При построении служебного эскиза может обнаружиться, что валы передачи оказались либо слишком длинными, либо слишком короткими, или подшипники одного из валов (одноступенчатого редуктора) расположены на разном расстоянии от зубчатого колеса или не на одной линии с подшипниками другого вала. Например, на рисунке 11.4 все подшипники установлены правильно, а левый нижний (подшипник быстроходного вала) размешен неверно, – со смещением относительно других. В этом случае нужно провести Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа редактирование элементов вала, как это описано в п. 9.3 (Редактирование 3D моделей валов), и перестроить служебный эскиз плоскости разъема корпуса.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Однако не всегда подшипники всех валов должны быть выстроены в одну линию. В некоторых (даже цилиндрических) редукторах это просто невозможно, например, в соосных редукторах (рисунок 11.5 а) и вертикальных (рисунок 11.5 б). А вот червячно-цилиндрический редуктор (рисунок 11.5 в) обычно делают с поверхностью разъема по осям цилиндрической передачи, а червяк (рисунок 11.5 г) в сборе устанавливают через стакан в крышке редуктора.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 12 Построение корпусных деталей редуктора Обычно построение корпусных деталей начинают с нижней части – корпуса. Создают файл типа «Деталь» в КОМПАС 3D, на одной из плоскостей (лучше «XY») создают эскиз, в который вставляют изображение фланца из буфера памяти, скопированное из вспомогательного эскиза (см.

п. 10.2, Построение вспомогательного эскиза плоскости разъема корпуса).

Дальше возможны два основных сценария построения корпусных деталей, которые будут рассмотрены ниже.

Размеры основных конструктивных элементов корпусных деталей, приведенных на рисунке 12.1, рекомендуется выбирать из таблицы 12.1.

Таблица 12.1 – Размеры конструктивных элементов корпусных деталей Диаметр бобышки под притяжную крышку Диаметр бобышки под закладную крышку корпуса Высота от плоскости разъема корпуса до упорной поверхности лап корпуса Диаметр фундаментных болтов Диаметр стяжных болтов фланцев поверхности d фл = (0,7...1,0)d ст разъема верстия шипниковых узлов корпуса) корпуса) Толщина лап корпуса Ширина лап корпуса Расстояние от образующей цилиндрической расточки корпуса под подшипниковый узел до осей lсб = 1,2d ст стяжных болтов полубобышек Диаметр рым-болта *Т2 – крутящий момент на тихоходном валу, Н м; **dп – диаметр подшипника; ***а – межосевое расстояние Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа 12.1 Построение 3D моделей корпусных деталей добавлением стенок Первый способ заключается в том, что во вновь созданном файле «Детали» вначале строят фланец поверхности разъема, используя его «Эскиз». Это первая операция «Операция выдавливания:Фланец» на рисунке 12.1.

Затем на одной из его поверхностей создают новый «Эскиз», где проецируют замкнутую линию внутреннего контура и строят новую параллельную ей замкнутую линию, отступая на толщину стенки. Эскиз закрывают и «вытягают» стенки на нужную высоту с помощью операции «Выдавливания», например, на глубину масляной ванны корпуса.

Затем на торцевой поверхности образованных стенок строят еще один «Эскиз», например днища корпуса редуктора. Здесь нужно не забыть добавить лапы, с помощью которых редуктор будет крепиться к основанию или раме машины (требуется сделать прямоугольник эскиза днища шире и длиннее) и «вытянуть» днище на нужную высоту, (см. рисунок 12.1).

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Сформировался пустотелый параллелепипед с прямыми углами, которые затем округляют соответствующей операцией и нужным радиусом. Начинать лучше изнутри.

Далее создают новый файл «Сборки» в КОМПАС 3D, который называют, например, «Редуктор». Этот файл и будет главным файлом, содержащим трехмерную модель проектируемого редуктора. Его используют для доработки некоторых деталей «На месте» и создания новых деталей и подсборок, составляющих редуктор в целом. Первой в него вводят уже созданную подсборку «Зубчатая передача», (см. 10.1, Построение 3D сборки зубчатой передачи), которую привязывают к началу координат. Затем в файл добавляют только что созданную заготовку модели корпусной детали и привязывают ее в трех плоскостях к началу координат. Если эскиз фланца поверхности разъема был построен правильно, то фланец корпусной детали должен совпасть с его изображением во вспомогательном эскизе подсборки «Зубчатая передача», как это видно на рисунке 12.2.

Ее можно открыть, воспользовавшись командами редактирования. Если же совпадения не получилось, то следует перередактировать сопряжения Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа привязки корпусной детали к зубчатой передаче или исправить построение трехмерной модели корпусной детали.

Далее выделяют в дереве построения корпусную деталь и переходят в режим «Редактирования на месте». На боковой поверхности одной из стенок создают «Эскиз», в котором помощью операции «Спроецировать объект» проецируют наружные окружности подшипников (трех валов для цилиндрического и двух валов для редукторов, имеющих коническую и червячную передачи), как это видно на рисунке 12.3 в режиме «Редактирования на месте».

Выделять в данном случае следует радиусные поверхности скруглений наибольших диаметров наружных колец (появятся по две окружности на каждом подшипнике), а затем внутренние окружности удалить. Из центров полученных окружностей проводят вторые окружности большим диаметром, чтобы образовать тело бобышек для установки подшипников в корпусе редуктора. Через начало координат и проекции осей валов проводят вспомогательную прямую, которая делит полученные окружности пополам. Ненужные для построения половины окружностей удаляют при помощи операции Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа «Усечь кривую» на панели инструментов «Редактирование». Противоположные концы полуокружностей соединяют отрезками основной прямой. Эскиз закрывают и с помощью «Операции выдавливания» «выдавливают» бобышки так, чтобы они выступали за фланец поверхности разъема, как это видно на рисунке 12.4.

Аналогично строят остальные бобышки на корпусной детали. Для удаления ненужного материала на стенках в этом месте выделяют плоскость и строят на ней эскиз, в котором операцией «Спроецировать объект» проецируют внутренние полуокружности, затем их соединяют отрезком основной прямой. Эскиз закрывают и операцией «Вырезать выдавливанием»

«удаляют» лишний материал. Подобным способом «На месте» можно пристроить к корпусной детали и другие элементы ее конструкции, например, смотровое отверстие.

Для более сложных корпусных деталей, например литых корпусов червячных редукторов с уменьшенными установочными размерами целесообразно строить стенки корпуса при помощи операции «Кинематическая операция», как это видно на рисунке 12.5.

Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа Иногда подходит и «Операция по сечениям», на рисунке 12.5 она выделена цветом.

После этого выходят из режима «Редактирования на месте», файл сборки сохраняют, и дальнейшая работа над трехмерной моделью становится возможной непосредственно в файле детали этой модели. На корпусе и крышке редуктора добавляют приливы масло-указателя, сливного отверстия, крюков и рым-болтов для транспортировки, а также делают отверстия в лапах для установки редуктора с цековками или зенковками для упора крепежных шайб и гаек, резьбовые отверстия на торцах бобышек для крепления крышек подшипниковых узлов. Также делают отверстия на фланце для взаимного скрепления фланцев корпуса и крышки между собой. На фланце обязательно должны быть два диагональных отверстия для конусных или цилиндрических штифтов, по которым две корпусные детали всегда будут точно присоединяться. Обязательно делают смотровое отверстие, с помощью которого контролируют зубчатое зацепление при изготовлении и эксплуатации редуктора.

Очень важно помнить, что в сборках КОМАСа можно строить все те же операции по прибавлению и удалению материала (а так же нарезанию резьбы канавок и пр.), но они не будут относиться к конкретной детали и не Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа будут впоследствии видны на ее чертеже. Поэтому, работая со сборкой нужно либо переходить в режим редактирования детали на месте, либо редактировать ее в отдельном окне.

Всевозможные отверстия можно строить с помощью библиотеки стандартных изделий КОМПАСа, но самым простым для понимания есть следующий способ, который приведен на рисунке 12.6 (деталь «Тумба» рассечена вдоль левого отверстия).

На поверхности (плоскости), где должно быть отверстие, создают «Эскиз» и в нужном месте рисуют отверстие. Если отверстие будет резьбовым, нужно заранее в справочнике конструктора [4] (т. 1, стр. 514) определить его диаметр в зависимости от типа, диаметра и шага резьбы. Эскиз закрывают и вырезают выдавливанием цилиндрическое или коническое отверстие нужной глубины. Если отверстие глухое (не сквозное), то затем на его дне создают новый эскиз и операцией «Спроецировать объект» создают окружность того же диаметра, что имеет дно. Потом, используя этот эскиз, вырезают конусное отверстие. Для этого нажимают на кнопку «Уклона внутрь» (кнопка должна быть посвечена) угол уклона задают равным 60°, а Процив В.В. Проектирование двухступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа глубину выдавливания устанавливают «До ближайшей поверхности».

Подтверждают «Создать операцию». Теперь отверстие соответствует просверленному стандартным сверлом и будет изображаться на чертеже в соответствии с ЕСКД. Если оно еще и резьбовое, то в трехмерной модели детали выбирают операцию «Условное обозначение резьбы» инструментальной панели «Элементы оформления» и указывают круговое ребро отверстия. В появившемся меню следует выбрать стандартный шаг резьбы и указать длину резьбы. Обычно резьба должна быть короче цилиндрической (конической для конической резьбы) части отверстия на несколько миллиметров. Этот «недорез» соответствует заходной части метчика, обычно применяемого для нарезания резьбы небольшого диаметра в плоских деталях.

Для построения различных отверстий в трехмерных моделях можно ты Конструктивные элементы Отверстия» (также как и для центровых отверстий в п. 7.4, Построение трехмерных моделей валов). Правое отверстие на рисунке 12.6 построено с использованием библиотечной операции и идентично левому, построенному вышеописанным способом.

Все литые корпусные детали должны быть построены с учетом технологических возможностей литья в опоки, – наиболее дешевого способа производства чугунного и стального литья. Поэтому конструкция детали должна иметь литейные уклоны величиной от 1 до 5, необходимые для гарантированного извлечения деревянных моделей из песчаной формы (без ее разрушения) после уплотнения и затвердевания песчаной смеси. Уклон уже построенному элементу (например, стенке, бобышке) придают с помощью операции «Уклон». Это показано на рисунке 12.7, где уклон внутренних поверхностей задан равным 1°, а наружных – 3°. Следуя подсказкам КОМПАСа в меню свойств операции, сначала указывают основание операции (это плоскость, перпендикулярно которой расположены поверхности, вдоль которых будет создаваться уклон), затем сами уклоняемые грани, потом направление и величину уклона в градусах. После нажатия на кнопку «Создать объект», на указанных гранях появляются уклоны, которые в последствии можно отредактировать.