«МЕХАНИКО-МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра основ конструирования машин и механизмов МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению курсового проекта по курсу “Детали машин” ЧАСТЬ ПЕРВАЯ Проектирование одноступенчатых редукторов ...»
Министерство образования и науки Украины
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
МЕХАНИКО-МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра основ конструирования машин и механизмов
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению курсового проекта по курсу
“Детали машин”
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС для студентов направления «Инженерная механика»
Днепропетровск НГУ 2008 2 Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу “Детали машин” для студентов направления «Инженерная механика». Часть первая. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАСа / Состав.: В.В. Процив – Д.: НГУ, – 2008. – 303 с.
Составитель: В.В. Процив, канд. техн. наук, доц.
Затверджено методичною комісією з напрямку 0902 Автомобілі (протокол № від _.08) за поданням кафедри основ конструювання механізмів і машин (протокол № від _._.08).
Подані методичні вказівки до виконання курсового проекту одноступеневого редуктору з дисципліни "Деталі машин" для студентів спеціальності 7.090258 Автомобілі та автомобільне господарство.
Відповідальний за випуск: доцент кафедри основ конструювання машин і механізмів канд. техн. наук, доц. В.В. Проців.
Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ1 Объем, содержание и оформление курсового проекта
1.1 Получение задания на курсовое проектирование
1.2 Варианты заданий на курсовое проектирование
1.3 Выбор схемы компоновки и определение передаточного числа............ 1.4 Выбор приводного электродвигателя
2 Расчет цилиндрической зубчатой передачи
2.1 Выбор материалов для изготовления зубчатых колес
2.2 Определение допустимых напряжений
2.2.1 Определение коэффициентов эквивалентности нагрузки................ 2.2.2 Определение допустимых напряжений
2.2.3 Определение коэффициентов нагрузки
2.3 Расчет цилиндрической зубчатой передачи
2.3.1 Определение межосевого расстояния передачи
2.3.2 Расчет зубьев на контактную прочность и определение ширины колеса и шестерни
2.3.3 Определение модуля зубчатых колес
2.3.4 Определение угла наклона зуба (для косозубых колес)
2.3.5 Определение числа зубьев у колес
2.3.6 Проверочный расчет зубьев на изгибную выносливость................. 2.3.7 Определение диаметров зубчатых колес
2.3.8 Определение сил, возникающих в зацеплении зубчатых колес....... 2.3.9 Определение консольных сил
3 Расчет конической зубчатой передачи
3.1 Выбор материалов для изготовления зубчатых колес
3.2 Определение допустимых напряжений
3.2.1 Определение коэффициентов эквивалентности нагрузки................ 3.2.2 Определение допустимых напряжений
3.2.3 Определение коэффициентов нагрузки
3.3 Расчет конической зубчатой передачи
3.3.1 Определение диаметра основания делительного конуса.................. 3.3.2 Расчет зубьев на контактную прочность и определение ширины колеса и шестерни
3.3.3. Определение числа зубьев зубчатых колес
3.3.4. Определение модуля зубчатых колес
3.3.5 Выбор угла наклона зуба (для косозубых и с круговым зубом)...... 3.3.6 Проверочный расчет зубьев на изгибную выносливость................. 3.3.7 Определение диаметров и углов зубчатых колес
3.3.8 Определение сил, возникающих в зацеплении зубчатых колес....... 4 Расчет червячной передачи
4.1 Выбор материалов для изготовления зубчатых колес
4.2 Определение допустимых напряжений
4.2.1 Определение коэффициентов эквивалентности нагрузки................ Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС 4.2.2 Определение допустимых напряжений
4.2.3 Определение коэффициентов нагрузки
4.3 Расчет червячной зубчатой передачи
4.3.1 Определение межосевого расстояния
4.3.2 Определение числа зубьев червячного колеса
4.3.3 Определение модуля и коэффициента диаметра зубчатых колес.... 4.3.4 Определение коэффициент смещения исходного контура............... 4.3.5 Определение диаметров и углов зубчатых колес
4.3.6 Проверочный расчет зубьев на контактную прочность
4.3.7 Проверочный расчет зубьев на изгибную выносливость................. 4.3.8 Тепловой расчет червячной передачи
4.3.9 Определение сил, возникающих в зацеплении зубчатых колес....... 5 Построение трехмерных моделей зубчатых колес
5.1 Построение зубчатых колес цилиндрической передачи
5.2 Построение зубчатых колес конической передачи
5.2.1 Построение зубьев конических колес с прямым зубом
5.2.2 Построение зубьев конических колес с круговым зубом................. 5.3 Построение зубчатых колес червячной передачи
5.3.1 Построение зубьев червяка
5.3.2 Построение зубьев червячного колеса
5.4 Построение 3D модели зубчатого зацепления
6 Расчет выходных концов валов
7 Выбор подшипников и построение сборок трехмерных моделей валов... 7.1 Особенности компоновки валов цилиндрических редукторов............. 7.2 Особенности компоновки валов конических редукторов
7.3 Особенности компоновки валов червячных редукторов
7.4 Построение трехмерных моделей валов
7.5 Построение трехмерных моделей сборок валов
8 Проверочный расчет валов
8.1 Расчет вала на статическую прочность
8.1.1 Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов на валах.... 8.1.2 Определение величины суммарного изгибающего момента.......... 8.1.3 Определение величины эквивалентного момента
8.1.4 Определение диаметров вала в опасных сечениях
8.2 Расчет вала на усталостную прочность
8.3 Расчет вала на жесткость
8.4 Рекомендации к построению эпюр
8.5 Проверочный расчет шпоночных соединений
9 Проверочный расчет подшипников
9.1 Проверочный расчет радиальных подшипников
9.1.1 Расчет при действии только радиальной нагрузки
9.1.2 Расчет при действии радиальной и осевой нагрузок
9.2 Проверочный расчет радиально-упорных подшипников
9.3 Проверочный расчет упорных подшипников
10 Расчет валов и подшипников в КОМПАС-SHAFT 2D
Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС 10.1 Расчет валов КОМПАС-SHAFT 2D
10.2 Расчет подшипников КОМПАС-SHAFT 2D
10.3 Редактирование 3D моделей валов
11 Компоновка редуктора
11.1 Построение 3D сборки зубчатой передачи
11.2 Построение вспомогательного эскиза плоскости разъема корпуса... 11.3 Редактирование валов и мест размещения подшипников на валах ... 12 Построение корпусных деталей редуктора
12.1 Построение 3D моделей корпусных деталей добавлением стенок.... 12.2 Построение 3D моделей корпусных деталей методом оболочки....... 12.3 Изготовление сварных корпусных деталей
13 Построение 3D сборки редуктора
14 Построение 3D моделей других деталей
15 Установка стандартных крепежных деталей и уплотнений
15.1 Проверочный расчет разъемных соединений
16 Выполнение сборочных чертежей редуктора и его подсборок................. 16.1 Создание чертежей
16.2 Простановка размеров и создание списка технических условий....... 16.2.1 Выбор допусков размеров
16.2.2 Ввод списка технических требований
16.3 Заполнение основной надписи
16.4 Указания по смазке редуктора
16.5 Расстановка позиций сборочных единиц и деталей
17 Выполнение рабочих чертежей деталей редуктора
17.1 Основные правила оформления рабочего чертежа
17.2 Расчет допусков формы и расположения поверхностей деталей....... 18 Составление спецификации редуктора и сборочных единиц
19 Составление пояснительной записки к курсовому проекту
19.1 Рекомендуемый состав пояснительной записки
19.2 Оформление пояснительной записки
20 Подготовка документов к печати и к защите курсового проекта............. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Приложение А. Варианты компоновки одноступенчатых редукторов......... Приложение Б. Пример оформления сборочного чертежа
Приложение В. Пример оформления рабочего чертежа
Приложение Г. Пример оформления спецификации
Приложение Д. Пример оформления титульного листа
Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС
ВВЕДЕНИЕ
Приобретение навыков самостоятельного расчета размеров и прочности отдельных деталей и целых узлов машин и механизмов необходимы студентам машиностроительных специальностей не только для последующей работы в проектных организациях, но и для эксплуатации, обслуживания, ремонта основного технологического и вспомогательного оборудования.Настоящие методические указания разработаны для оказания помощи студентам, выполняющим курсовой проект по курсу «Детали машин» (далее курсовой проект), целью которого есть проектирование одноступенчатого редуктора специального назначения с использованием САПР на базе программного комплекса КОМПАС российской компании АСКОН.
Задачей курсового проекта также есть формирование у студента целостного представления о составе и оформлении комплекта конструкторской документации, необходимой в соответствии с ЕСКД при создании новых видов техники или при ремонте и модернизации существующей.
При выполнении курсового проекта важная роль отводится приобретению студентом первого самостоятельного опыта в разработке электронных моделей деталей и сборочных единиц.
Предполагается, что студент, приступающий к выполнению курсового проекта, уже освоил курсы дисциплин «Машиностроительное черчение», «Технология машиностроения», «Допуски и посадки», САПР (хотя бы минимально) в среде КОМПАС-График и КОМПАС 3D не ниже версии V10SP2.
Тем не менее, по тексту настоящих методических указаний даются пояснения последовательности выполнения построений и операций в КОМПАСе. Причем, при первом упоминании новой операции даются достаточно детальные указания по ее использованию, в последствии они становятся все более лаконичными. Поэтому студент, выполняя конкретный проект, должен внимательно прочитать все разделы настоящих методических указаний, посвященные трехмерному моделированию. Студент должен так же владеть Microsoft Windows на уровне достаточно квалифицированного пользователя, знать правила округления чисел, уметь интерполировать табличные функции.
Настоящие методические указания оформлены в соответствии с требованиями, предъявляемыми ЕСКД к текстовым документам, и могут быть использованы студентами в качестве образца оформления пояснительной записки к курсовому проекту, а по всему их тексту принята единая система условных обозначений параметров зубчатых передач.
1 Объем, содержание и оформление курсового проекта Курсовой проект, предъявляемый студентом к защите, должен состоять из следующих компонентов:
а) файлы трехмерных моделей всех деталей и сборочных единиц, составляющих электронную модель спроектированного редуктора, в соответствующих форматах КОМПАСа;
б) чертежная документация (на бумаге) на трех листах формата А1 или равном по площади количестве в форматах А4, А3 или А2, в том числе следующее:
лист 1 – редуктор, сборочный чертеж, формат А1;
лист 2 – корпусная деталь (корпус или крышка по выбору студента), рабочий чертеж, формат А1;
лист 3 – вал в сборе, сборочный чертеж, формат А3;
– вал (вал-шестерня или червяк), рабочий чертеж, формат А3;
– зубчатое (червячное) колесо, рабочий чертеж, формат А3;
– две проходные крышки валов, рабочие чертежи, формат А4;
в) файлы двухмерных чертежей всех деталей и сборочных единиц, изображенных на бумажных листах чертежной документации, построенные в параметрической связи с соответствующими трехмерными моделями КОМПАСа, а также файлы для печати с разрушенной параметрической связью;
г) пояснительная записка в электронном виде в файле текстового формата КОМПАСа, а также отпечатанная (и переплетенная) на бумаге формата А4;
д) спецификации редуктора в сборе и всех его составляющих сборочных единиц в электронном виде в файле формата спецификации КОМПАСа, а также отпечатанные (и скрепленные степлером) на бумаге формата А4.
Все электронные модели деталей должны быть выполнены в соответствии с ДСТУ 2.052-2006 (Электронная модель изделия. Общие документы), а сборочных единиц – ДСТУ 2.053-2006 (Электронная структура изделия.
Общие положения).
Чертежная документация (сборочные и рабочие чертежи), а также текстовые документы (спецификации сборочных единиц и расчетнопояснительная записка) должны быть оформлены в соответствии с требованиями ЕСКД на бумаге любого качества.
Поскольку КОМПАС автоматически (по умолчанию) выдает точные размеры форматов чертежей и текстовых документов, знаков шероховатости поверхностей и допусков формы деталей, обозначений видов, разрезов, сечений, толщины линий, размеров стрелок, шрифтов и т.д., используемых при создании конструкторских документов, то студенту не нужно знать наизусть эти и многие другие нюансы оформления документации. Он может сосредоточиться на процессе творческого конструирования; определении нужного количества и расположения видов, сечений, разрезов в документе; правильной простановке размеров и указании допусков, посадок, шероховатости и допусков формы; указании технических требований для правильного изготовления деталей, сборки редуктора и его узлов.
Точность вычислений обычно ограничивается тремя знаками после запятой (если иное не указано в тексте настоящих методических указаний).
1.1 Получение задания на курсовое проектирование Каждый студент получает у преподавателя свой вариант технического задания на курсовое проектирование. Задание состоит из восьми показателей технических требований к изделию, которые должны быть учтены при проектировании редуктора.
1.2 Варианты заданий на курсовое проектирование Варианты заданий для проектирования одноступенчатого редуктора приведены в таблице 1.1. Все цилиндрические редукторы – реверсивные.
Таблица 1.1 Варианты заданий на курсовой проект по деталям машин на тему «Проектирование одноступенчатого зубчатого редуктора»
Синхронная частона выходном валу, Вариант Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС Продолжение таблицы 1. Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС Продолжение таблицы 1. * Цил – цилиндрический; Кон – конический; Черв – червячный.
** П – прямые; К – косые; Крг - круговые; Ш – шевронне; А – Архимеда;
Э – эвольвентный 1.3 Выбор схемы компоновки и определение передаточного числа Первое с чего начинают, приступая к проектированию, – определяют вариант компоновочной схемы редуктора. Будет ли редуктор вертикальным или горизонтальным; способ изготовления корпуса (литой или сварной) и положение плоскости его разъема; вид подшипниковых узлов и тип подшипников на каждом из валов; тип уплотнений и способ фиксации валов от продольных перемещений; тип смазки зубчатой пары, вид масло указателя, сапуна и смотрового окна; способ установки редуктора на основании; тип выходных концов валов (цилиндрические или конические). Все это нужно хотя бы ориентировочно выбрать на начальном этапе проектирования.
Для этого, желательно, например, в атласе редукторов [1, 2] выбрать в качестве примера один из редукторов, наиболее полно соответствующий проектируемому или выбрать одну из компоновочных схем, указанных в Приложении А к настоящим методическим указаниям (следует обращать внимание лишь на конструктивные решения, поскольку оформление приведенных там чертежей уже не соответствует действующим стандартам). Можно также воспользоваться 2D библиотекой КОМПАСа «Библиотека редукторов» выбрав в меню библиотеки одноступенчатые редукторы, а затем опцию «Сборка». Здесь и далее для удобства его восприятия шрифтом выделен текст из меню, команд, операций и библиотек КОМПАСа, а рядом с их названиями стоят условные иконки (если они имеются).
На любом этапе работы, отдельные элементы компоновки могут быть пересмотрены, поскольку студент должен выполнить их наиболее рациональным образом.
Исходя из данных варианта задания, предварительно определяют передаточное число редуктора как отношение частот вращения входного (быстроходного) и выходного (тихоходного) валов Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС где n1c, n2 – частота вращения входного (синхронная) и выходного валов соответственно, мин.-1 (см. п. 1.2, Варианты заданий на курсовое проектирование).
Величину передаточного числа следует также учитывать при выборе схемы компоновки редуктора, поскольку в зависимости от него внешний вид редукторов одного типа может быть разным.
1.4 Выбор приводного электродвигателя Электродвигатель, который будет приводить в движение входной вал редуктора, выбирают из числа трехфазных асинхронных, которые наиболее часто используются для привода редукторов любого назначения. Можно также воспользоваться 2D библиотекой КОМПАСа – «Библиотека электродвигателей» и выбрать в ее меню двигатели «Переменного тока трехфазные», а затем опцию «Асинхронные общего применения» (это нужно делать в открытом файле КОМПАСа типа «Чертеж» или «Фрагмент»). Параметры двигателей наиболее распространенной серии 4А приведены в таблице 1.2.
Мощность двигателя в киловаттах определяют по формуле где Т2 – крутящий момент на выходном валу, Н мм (см. п. 1.2, Варианты заданий на курсовое проектирование);
где м – КПД соединительной муфты (предварительно можно принять равным 0,98);
р – КПД одноступенчатого зубчатого редуктора. Средние значения передач различных типов с учетом потерь в опорах валов на подшипниках качения приведены в таблице 1.3.
При выборе двигателя нужно помнить, что завышение его мощности приводит к росту реактивного сопротивления в электросети и снижает cos.
Вместе с тем, допустима перегрузка электродвигателя от 5 % до 8 % при постоянной ее величине и от 10 % до 12 % от номинальной при переменных нагрузках.
По мощности двигателя и синхронной частоте вращения его вала из справочной литературы выбирают подходящую модель.
Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС Таблица 1.2 – Двигатели закрытые обдуваемые единой серии 4А 90L2/2840 2,0 100S4/1435 2,0 112MA6/955 2,0 112MB8/700 1, 100S2/2880 2,0 100L4/1430 2,0 112MB6/950 2,0 132S8/720 1, 100L2/2880 2,0 112M4/1445 2,0 132S6/965 2,0 132M8/720 1, * В числителе указан тип двигателя, а в знаменателе асинхронная частота вращения Затем в пояснительную записку выписывают следующие характеристики принятого электродвигателя:
- обозначение;
- номинальную мощность, кВт;
- синхронную частоту вращения вала, мин.-1;
- отношение пускового момента к номинальному ;
- габаритные размеры, мм;
- тип, диаметр и длину выходного конца вала (если они указаны), мм;
- точная (асинхронная) частота вращения n1, которую находят, например, в колонке «Точная частота вращения» библиотеки электродвигателей КОМПАСа или в таблице 1.2.
Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС Таблица 1.3 – Средние значения р передач различных типов с учетом потерь в опорах валов на подшипниках качения Зубчатая с колесами Червячная с червяком Зная точную частоту вращения вала двигателя n1 при номинальной нагрузке, уточняют передаточное число редуктора Эскиз электродвигателя с указанием главных размеров приводят в пояснительной записке как, например, на рисунке 1.1 (тип АИР56А4, мощность 12 кВт, синхронная частота 1500 мин-1, масса 3,5 кг).
Рисунок 1.1 – Эскиз и главные размеры асинхронных двигателей серии 4А Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС 2 Расчет цилиндрической зубчатой передачи Расчет цилиндрической зубчатой передачи производят по несколько упрощенной традиционной методике [3] используя следующие обозначения:
Т – крутящий момент на валу, Н мм;
M – изгибающий момент на валу, Н мм;
Ft – окружная сила в зацеплении, Н;
Fr – радиальная сила в зацеплении, Н;
Fa – осевая сила в зацеплении, Н;
n – частота вращения вала (зубчатого колеса), мин.-1;
v – окружная скорость зубчатого венца, м/с;
u – передаточное число передачи;
а – межосевое расстояние (делительное) передачи, мм;
d – диаметр зубчатых колес, мм;
m – модуль зубчатых колес, мм;
z – число зубьев шестерни (колеса);
– угол зацепления, град.;
– угол наклона линии зуба шестерни (колеса), град.;
– нормальное напряжение в материалах, МПа;
Hlim – предел длительной контактной выносливости, МПа;
0Flim – предел длительной изгибной выносливости, МПа;
a – коэффициент ширины зубчатого колеса;
x – смещение исходного контура зубчатого зацепления.
Указанная размерность величин должна соблюдаться при вычислениях.
При вышеприведенных обозначениях нижние индексы обозначают следующее:
i – индекс зубчатого колеса в передаче (1 – относящийся к шестерне, 2 – относящийся к колесу);
H – относящийся к контактной прочности;
F – относящийся к изгибной выносливости;
t – окружной или торцовый;
2.1 Выбор материалов для изготовления зубчатых колес Для изготовления зубчатых колес используют стали, чугуны, неметаллические материалы (для легконагруженных и малошумящих передач) и реже сплавы цветных металлов.
Колеса силовых передач делают, главным образом, из стали, реже из чугунного литья. Колеса больших диаметров (800 мм и более) изготавливают литыми, а меньших диаметров – из кованых или штампованных заготовок.
Для колес с твердостью активных поверхностей зубьев меньше единиц по Бринелю (НВ350) применяют стали марок 40, 45, 50, 50Г, 35Х 40Х, 45Х, 40ХН, 35ХМА, З0ХНЗА, 34ХМ и другие. Требуемую твердость активных поверхностей зубьев обеспечивают термообработкой нормализацией или улучшением. Эти стали позволяют изготовить колеса по упрощенной схеме с чистовой обработкой заготовки и зубьев после термообработки.
Для получения повышенной нагрузочной способности, снижения габаритов и массы передачи целесообразно создавать высокую твердость активных поверхностей зубьев, чего достигают объемной поверхностной закалкой и химико-термической обработкой (цементация, азотирование, цианирование). Нарезание зубьев при этих видах обработки производят до термообработки, а возможные финишные операции – после нее.
В таблице 2.1 приведены наиболее распространенные марки сталей, рекомендуемая термообработка и ориентировочная область применения. Основные механические характеристики наиболее распространенных сталей для изготовления зубчатых колес приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.1 – Наиболее применяемые для зубчатых колес стали Объемная 45, 40Х, НRC 45 – 55 Повышенная чувстви- Слабо- и Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС Продолжение таблицы 2. Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС Таблица 2.2 – Основные механические характеристики наиболее распространенных сталей Марка 2.2 Определение допустимых напряжений 2.2.1 Определение коэффициентов эквивалентности нагрузки Коэффициенты эквивалентности (приведения) режима работы редуктора KНЕ и KFЕ определяют исходя из класса нагрузки, заданного в техническом задании на курсовой проект (см. п. 1.2, Варианты заданий на курсовое проектирование). Они, как и коэффициент режима Х, определяются по таблице 2.3 в зависимости от вида термообработки зубчатых колес передачи.
Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС Таблица 2. * Нормализация, улучшение, азотирование.
** Закалка и цементация Коэффициенты долговечности KНдi и KFдi в зависимости от суммарного числа циклов N работы каждого зубчатого колеса передачи (наработка) определяют по формулам где NHG – база контактных напряжений, зависящая от твердости материала, определяемая по формуле По номограмме, приведенной на рисунке 2.1 можно перевести значения твердости из HRC в HB;
NFG – база изгибных напряжений, принимают равной 4 106.
Наработку в течение срока эксплуатации редуктора определяют как Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС где Nр – ресурс работы редуктора, заданный в техническом задании на курсовой проект в часах (см. п. 1.2, Варианты заданий на курсовое проектирование). Если Ni 108, то KFдi = 1.
По наименьшему значению KНдi выбирают лимитирующий элемент передачи (шестерня или колесо). Если оба коэффициента равны единице, то лимитирует колесо.
2.2.2 Определение допустимых напряжений Для шестерни обычно выбирают материал тверже, чем для колеса не менее чем на 10 единиц твердости по Бринелю, поскольку оно совершает больше оборотов в единицу времени, чем колесо.
Допускаемые контактные напряжения для лимитирующего элемента передачи определяют как где SH – коэффициент безопасности по контактным напряжениям.
Допускаемые изгибные напряжения определяют как где SF – коэффициент безопасности по изгибным напряжениям.
Значения Hlim, Flim, SH, SF приведены в таблице 2.4.
2.2.3 Определение коэффициентов нагрузки Вначале определяют примерную окружную скорость колеса (м/с), как где Cv – коэффициент, зависящий от термообработки, выбирают по таблице 2.5;
Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС а – коэффициент ширины колеса (отношение ширины колеса к межосевому расстоянию), задают в пределах от 0,12 до 0,25 для прямозубых передач, от 0,25 до 0,40 для косозубых и от 0,50 до 1,00 для шевронных передач.
Таблица 2.4 – Прочностные характеристики некоторых сталей, применяемых для изготовления зубчатых колес (модуль mn [ H max ], то принимают H max = [ H max ] и а определяют вновь Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС (см. п. 4.3.1, Определение межосевого расстояния), при этом вместо значения Т1 ставят Tпуск, а расчеты повторяют.
4.3.7 Проверочный расчет зубьев на изгибную выносливость Проверку зубьев червячного колеса на изгибную выносливость производят по формуле где YF 2 – коэффициент формы зуба, определяемый в зависимости от эквивалентного числа зубьев по таблице 4.8.
Эквивалентное число зубьев червячного колеса вычисляют как Далее проверяют зубья червячного колеса на статическую изгибную выносливость как Значение [ F max ] определяют по таблице 4.4.
Эквивалентное число зубьев zv Коэффициент формы YF 4.3.8 Тепловой расчет червячной передачи Поскольку коэффициент полезного действия червячного редуктора не высок, при его работе выделяется большое количество тепловой энергии, что может привести к перегреву масла и заклиниванию редуктора. Поэтому необходима проверка величины рабочей температуры смазывающего передачу масла.
Вначале определяют КПД редуктора по формуле Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС где – приведенный угол трения, зависит от материала червячного колеса и скорости скольжения, находят по таблице 4.9.
Затем определяют мощность на червяке как Таблица 4. Скорость скольжения Обычно редукторы не снабжают дополнительными вентиляторами, отводящими тепло от его корпуса струей воздуха. Температура нагрева смазывающего масла (°С) в масляной ванне червячного редуктора без обдува его вентилятором определяют по формуле где Kт – коэффициент теплоотдачи, обычно принимают равным от 9 до 17 Вт/(м2 °С) в зависимости от условий охлаждения редуктора (большие значения выбирают при хороших условиях охлаждения);
Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС А – поверхность охлаждения корпуса, м2. Равна поверхности всех стенок и ребер, кроме поверхности дна. На этом этапе ее можно приближенно принять по таблице 4.10 в зависимости от межосевого значения передачи;
– коэффициент, учитывающий отвод тепла от корпуса редуктора в раму или металлическую плиту основания, принимают равным 0,3;
[t ]раб – максимально допустимая рабочая температура нагрева смазывающего передачу масла, при которой оно еще не теряет нужных свойств, обычно принимают равной 95 °С.
Таблица 4. Межосевое расстояние а, мм Поверхность охлаждения А, м 4.3.9 Определение сил, возникающих в зацеплении зубчатых колес Ниже приведены расчетные формулы для определения проекций нормальных сил F1 и F2 на соответствующие и оси, возникающих в зацеплении червячной передачи и представленных на рисунке 4.3.
Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС Окружная сила на червяке, Н Осевая сила на червяке, Н Радиальная сила на червяке, Н Поскольку стандартный угол зацепления равен 20°, поэтому Окружная сила на колесе, Н Осевая сила на колесе, Н Радиальная сила на колесе, Н Знак «минус» указывает на то, что направления сил противоположны.
Затем определяют консольные силы на выходных концах валов, как это делалось в п. 2.3.9 (Определение консольных сил) для цилиндрической зубчатой передачи.
Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС 5 Построение трехмерных моделей зубчатых колес В настоящих методических указаниях все примеры и комментарии по построению трехмерных моделей, графических и текстовых документов в среде КОМПАСа сделаны для стандартной (заводской) настройки интерфейса машиностроительного профиля в стиле Microsoft® Office 2003.
Существует несколько общих для всех электронных моделей правил (как для деталей, так и сборочных единиц), которые необходимо выполнять во избежание потери информации и накопления неточностей в документах.
Прежде всего, на USB устройстве флеш-памяти рекомендуется создать новую папку с названием, включающим личные данные студента – «Фамилия, группа, тип редуктора, вариант», в которую будут сохраняться все файлы, связанные с выполнением курсового проекта, как это показано на рисунке 5.1 (имя папки в заголовке окна).
Ни в коем случае нельзя забывать сохранять файлы под узнаваемыми в последствии именами, например, «Шестерня», «Колесо», «Вал тихоходный», «Крышка проходная», «Редуктор» и всегда в одну и ту же папку.
Как на стадии построения трехмерной модели детали, так и впоследствии при ее редактировании нужно обязательно заполнить ячейки панели свойств файла детали. Для этого нужно навести курсор в дереве построения на его верхнюю строчку, и нажать правую кнопку мышки. Появится подменю, в котором следует выбрать строчку «Свойства» и нажать левую кнопку мышки (см. рисунок 5.1).
В нижней части экрана монитора, как это показано на рисунке 5.2, появится панель «Свойства», где обязательно заполняют ячейку «Наименование» присваивая детали состоящее из одного-двух слов имя (лучше такое же, как и имя файла).
По возможности на этой стадии заполняют «Обозначение», Но перед выпуском чертежей в печать оно обязательно должно быть проверено и заполнено в соответствии со спецификацией к сборочной единице, в которой деталь будет участвовать как составная часть. Тоже касается сборок, за исключением выбора материала, поскольку он выбирается для каждой детали в отдельности. Для этого открывают закладку «Параметры МЦХ», как это показано на рисунке 5.3, и выбирают «Материал», из которого деталь должна изготавливаться. По умолчанию программа предлагает заложить в качестве Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС материала «Сталь 10 ГОСТ 1050-88» и если не изменить его, то именно этот материал будет в последствии передан в чертеж детали. Чтобы сохранить выбранные параметры нужно нажать на кнопку «Создать объект»
на панели «Свойства детали».
Часто изображения основных плоскостей и осей мешают восприятию изображения трехмерной модели и их скрывают при помощи команды «Вид Скрыть». Можно даже «Скрыть все вспомогательные объекты».
Чтобы понимать приведенное ниже описание процедур работы в КОМПАСе, студент должен параллельно пробовать выполнять их на компьютере в работающей программе.
5.1 Построение зубчатых колес цилиндрической передачи Завершив расчет зубчатой передачи, переходят к построению электронных моделей зубчатых колес, которые выполняют в библиотеке КОМПАС-SHAFT 2D, используя в качестве исходных данных результаты некоторых промежуточных расчетов, сделанных ранее.
Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС Для начала построения создают новый файл КОМПАСа в формате «Чертеж» или «Фрагмент» и сохраняют его под узнаваемым в последствии именем, например, «Шестерня», или «Колесо», в зависимости от того, с какой детали зубчатого зацепления начинают построения. Потом в меню «Менеджер библиотек» открывают библиотеку «Расчет и построение» и КОМПАС-SHAFT 2D, а затем команду «Построение модели». В выпавшем меню нажимают кнопку «Новая модель», а в новом подменю «Выбор типа отрисовки» выбирают, например, «В полуразрезе»
и нажимают курсором «ОК», как это показано на рисунке 5.4.
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. Выбирают именно верхнее окно, поскольку в проектируем редукторе используются только колеса внешнего зацепления.
Нажимают на кнопку «Элементы механических передач» и выбирают в выпавшем подменю тип зубчатой передачи, которую требуется поПроцив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС строить в курсовом проекте, например, «Шестерню цилиндрической зубчатой передачи». Это видно на рисунке 5.5. После этого выпадает новое подменю расчета соответствующей передачи. На этом этапе, как показано на рисунке 5.6, есть возможность задать фаски и галтели торцов зубчатых колес передачи, затем нажать на кнопку «Запуск расчета». Появляется новое подменю, в котором можно выбрать последовательность расчета из предложенных программой вариантов, – «Геометрический расчет», «Расчет на прочность» и «Расчет на долговечность».
Начинают с геометрического расчета, кнопки других расчетов пока недоступны. Далее выпадает подменю «Вариант расчета» с выбором «По межосевому расстоянию», «По коэффициентам смещения», «По диаметрам вершин колес». Можно выбирать любой вид расчета, например, «По коэффициентам смещения», который предлагается программой по умолчанию, как это видно на рисунке 5.7. Остальные способы обычно применяются при расчете специальных и многоступенчатых редукторов, когда конструктору нужно «вписать» редуктор в конкретные компоновочные разПроцив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС меры узла или агрегата машины или использовать готовые колеса, уже применяющиеся в выпускаемых предприятием машинах, но можно выбрать и их.
Нажав на кнопку «По коэффициентам смещения», открывают «Страницу 1» расчета и заполняют доступные для ввода исходной информации ячейки в соответствии с рисунком 5.8. В некоторых из них, например, «2. Модуль, мм» есть кнопка, открывающая список стандартных значений, из которого можно выбрать подходящее. Другие, например, «Коэффициент смещения исходного контура» имеют кнопку встроенного калькулятора, нажав на которую пользователь запускает расчет этой величины, которая затем предлагается как рекомендуемая, хотя можно ввести любую другую.
Если на первой странице введено достаточно информации, становится доступной к открыванию «Страница 2», на которой по умолчанию приведены степень точности изготовления зубчатых колес «7-С» и диаметры вершин зубьев. Эти параметры можно изменить, в случае необходимости, а затем нажать на кнопку «Расчет» в виде калькулятора.
После этого в окне «Ход расчета» появится сообщение о том, что контролируемые параметры зацепления находятся в норме (как это видно из Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС рисунка 5.9), или о том, что отдельные из них не соответствуют требованиям, предъявляемым к конкретному зацеплению, и они должны быть изменены. В этом случае необходимо вернуться на «Страницу 1» расчета и изменить некоторые исходные данные.
Затем нажимают на кнопку «Просмотр результатов расчета», а в появившемся окне «Результаты расчета» – на кнопку «Сохранить» и на кнопку «Печать», как это видно на рисунке 5.10. Получают распечатанную на бумаге таблицу с исходными данными и результатами расчета зубчатой передачи, которую затем подшивают в Приложение А пояснительной записки к курсовому проекту. Далее результаты всех компьютерных расчетов также должны быть отпечатаны на бумаге и подшиты в соответствующий раздел приложений пояснительной записки.
После успешного завершения геометрического расчета нажимают на кнопку «Возвтат в главное меню» и приступают к следующему этапу расчетов «Расчет на прочность». При этом снова открывается «Страница 1» подменю «Расчет на прочность при действии максимальной нагрузки», в котором заполняются ячейки исходных данных.
Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС Рядом с ячейками параметров 1 и 2 имеются дополнительные кнопки, нажатие на которые открывает дополнительные подменю, в которых пользователь может выбрать нужную расчетную схему редуктора (для цилиндрического одноступенчатого редуктора это шестая схема). Материалы, из которых будут изготавливаться зубчатые колеса, – нужно выбрать те же материалы, которые уже закладывались в расчеты в п. 2.1 (Выбор материала зубчатых колес и определение допустимых напряжений). Нажатие на кнопку в графе «2. Материал зубчатых колес» открывает меню с сокращенным перечнем свойств материалов. Для получения развернутого перечня свойств в нем следует нажать на кнопку «Вывести отчет о материале» (некоторые значения могут отличаться от принятых ранее при расчете зубчатой передачи в п. 2.1, Выбор материала зубчатых колес и определение допустимых напряжений), но это допустимо. Если нужной марки стали (или другого материала) нет в предлагаемом программой перечне, то в графе «2. Материал зубчатых колес» указывают нужную марку, а в графах 3 и 4 вручную вводят ее допускаемые напряжения по контакту и изгибу, взятые из других источников. Далее вводят «Расчетную нагрузку», в качестве которой используют крутящий момент в зацеплении, и «Число оборотов на ведущем валу», а Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС затем нажимают на кнопку «Расчет», которая, при правильном вводе исходных данных, становится доступной. Проверяют результаты расчета и следят за тем, чтобы коэффициенты запаса прочности по контактным напряжениям и напряжениям изгиба (последние строчки соответствующих блоков таблицы результатов) были больше единицы. Печатают на бумаге результаты и подшивают в пояснительную записку к курсовому проекту.
Затем вновь возвращаются в главное меню с помощью кнопки и приступают к последнему виду расчетов «Расчет на долговечность». Открывается «Страница 1» подменю, в которой по результатам проведенных расчетов уже заполнены почти все ячейки кроме ячейки «Базовый ресурс и его размерность». Если в задании на курсовой проект содержатся особые требования по составу и качеству нагрузки, а также реверсивности работы редуктора, то они должны быть отражены в ячейках параметров с восьмого по одиннадцатый. Далее нажимают кнопку «Режим нагружения», расположенную рядом с кнопкой «Страница 1» и на кнопку «Добавить режим». Вводят исходную нагрузку в ячейки «Контакт» и «Изгиб» (крутящий Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС момент, передаваемый зацеплением), «Частоту вращения шестерни» и «Число циклов» нагружений за весь срок службы редуктора.
Затем нажимают на кнопку «Расчет», проверяют и печатают результаты расчета, которые потом подшивают в пояснительную записку к курсовому проекту.
Чтобы завершить расчеты, возвращаются в главное меню, нажимая кнопку (здесь можно заново пересчитать параметры зубчатого зацепления, если полученные результаты недостаточно хороши) и закрыть его. Появляется новое подменю «Выбор объекта построения», в котором можно выбрать построение шестерни или колеса, как это видно из рисунка 5.11.
Нажатие кнопки «ОК» делает активным меню «Цилиндрическая шестерня с внешними зубьями», в котором можно откорректировать некоторые параметры, а также включить опцию простановки размеров на чертеже. Для начала построения чертежа нажимают кнопку. В уже открытом файле изображается чертеж шестерни с условным изображением зубьев как того требует ЕСКД, а в окне меню КОМПАС-SHAFT 2D условное изображение зубчатого колеса (как видно в рисунке 5.12). Если «наступить» на него и «кликПроцив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС нуть» правой кнопкой мышки, то появится контекстное меню возможных действий с моделью, в том числе и редактирование, которое выполняется в том же порядке, что и описанные выше расчет и построение. Полученный двухмерный чертеж шестерни можно будет использовать в дальнейшем для составления рабочего чертежа шестерни.
Чтобы теперь построить трехмерную модель рассчитанного выше зубчатого колеса нужно в меню КОМПАС-SHAFT 2D нажать на кнопку «Дополнительные построения», а затем выбрать в подменю такую же кнопку «Генерация твердотельной модели» и КОМПАС построит в отдельном окне трехмерную модель шестерни, которая в меню «Окно»
КОМПАСа будет называться «Деталь без имени1». Чтобы посмотреть результат трехмерных построений нужно нажать на кнопку «Обновить, показать, перестроить», а затем в подменю выбрать строчку «Активировать курсор», открыть через меню «Окно» эту деталь и «Сохранить как»
под именем, которое впоследствии можно будет найти в папке с файлами курсового проекта, например, «Шестерня», как это показано на рисунке 5.13. Темно-серый цвет, задаваемый КОМПАСом по умолчанию для всех Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС создаваемых деталей, можно сменить на другой прямо сейчас или позже.
Лучше это делать сразу же еще до первого сохранения файла детали под выбранным именем. Кнопка «Цвет» находится в меню панели «Свойства» рядом с выше описанным «Наименованием» (см. рисунок 5.2).
Завершить построение шестерни можно, нажав на кнопку «Сохранить модель и выйти», но перед этим выйти из режима «Активировать курсор» нажав на кнопку «Прервать команду» в левом нижнем углу экрана монитора.
Для построения зубчатого колеса передачи требуется повторить все действия, которые были сделаны для построения шестерни. Снова в меню КОМПАС-SHAFT 2D нужно нажать на кнопку «Элементы механических передач», выбрать «Шестерню цилиндрической передачи», а затем вводить в ячейки расчетов те же значения, что и при расчете шестерни (естественно кроме материала, из которого она будет изготовлена). Чтобы не ошибиться, нужно использовать напечатанные таблицы исходных данных и результатов расчета шестерни.
Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС Выполнив построение чертежа колеса можно нажать на кнопку «Дополнительные элементы ступеней» и построить на зубчатом колесе либо «Кольцевые пазы», либо «Кольцевые отверстия» (для одевания на вал или снижения веса), которые можно отредактировать в КОМПАС-SHAFT 2D до момента построения трехмерной модели.
Открыв через некоторое время файл чертежа или фрагмент, в котором с помощью КОМПАС-SHAFT 2D построены изображения зубчатых колес, можно снова активизировать для редактирования меню КОМПАСSHAFT 2D дважды «кликнув» по любой основной линии изображения детали.
Если в качестве файла, на котором строилось зубчатое колесо, был выбран файл типа «Чертеж», то, нажав кнопку «Дополнительные элементы ступени», можно построить еще и «Таблицу параметров» зацепления, которую обязательно приводят в правом верхнем углу (под обозначением неуказанной шероховатости) рабочего чертежа детали (как это показано на рисунке 5.14). Там же можно «заказать» построение «Профиля зубьПроцив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС ев», который также должен присутствовать на рабочем чертеже любого зубчатого колеса, а также «Полный профиль зубьев».
Если в передаче использованы шевронные колеса, то сначала следует построить половину зубчатого колеса (как косозубое цилиндрическое колесо), а затем пристроить к нему вторую половину, воспользовавшись операцией «Зеркально отразить тело». Естественно, если используются колеса, нарезаемые червячной фрезой, то перед зеркальным построением необходимо добавить у одного из торцов уже построенного полуколеса половину канавки для выхода червячной фрезы (промежуточной цилиндрической ступени, разделяющей полушевроны колеса). Величину канавки для выхода червячной фрезы при нарезании шевронных колес следует брать из [4] (т. 1, стр. 492). На рисунке 5.15 эта операция предпоследняя и выполнена она по «Эскизу:4» в «Дереве Модели».
Для крепления зубчатых колес на валах чаще всего используют шпоночное соединение. Для построения шпоночных пазов на трехмерных моделях зубчатых колес открывают библиотеку КОМПАС-SHAFT 3D, выбирают, например, «Шпоночный паз под призматическую шпонку». Далее, слеПроцив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС дуя подсказкам КОМПАСа, указывают цилиндрическую поверхность, на которой будет построен шпоночный паз, и либо соглашаются с предложенным программой вариантом шпоночного паза, либо корректируют его, потом указывают грань (ближайшую к пазу), как это показано на рисунке 5.16, и нажимают «ОК». Программа построит шпоночный паз. Тип примененной шпонки должен выбрать конструктор.
Аналогично можно построить треугольные или эвольвентные шлицы, если такой способ крепления зубчатых колес на валах будет оправдан, например, подвижностью колеса относительно вала (в многоступенчатых коробках передач).
Как на стадии построения трехмерной модели детали, так и впоследствии при ее редактировании нужно обязательно заполнить ячейки панели свойств файла детали. Для этого нужно навести курсор в дереве построения на его самую верхнюю строчку, и нажать правую кнопку мышки. Появится подменю, в котором следует выбрать строчку «Свойства» и нажать левую кнопку мишки. В нижней части экрана монитора появится панель «Свойства», (см. рисунки 5.1, 5.2 и 5.3) в которой выбирают материал для изготовления детали. Обязательно заполняют ячейку «Наименование» присваивая Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС детали состоящее из одного-двух слов имя (лучше такое же, как и имя файла). По возможности на этой стадии заполняют «Обозначение», Но перед выпуском чертежей в печать оно обязательно должно быть проверено и заполнено в соответствии со спецификацией к сборочной единице, в которой деталь будет участвовать как составная часть.
При построении цилиндрических зубчатых колес следует соблюдать рекомендации по геометрическим размерам их основных элементов, которые приведены в таблице 5.1.
Шестерни обычно делают шире колес на величину от 3 до 7 мм для компенсации возможных неточностей при сборке и регулировке зацепления и подшипников. Если расстояние между впадиной зуба шестерни и шпоночным пазом меньше 2,05m, то шестерню делают не насадной, а заодно с валом. Такая деталь называется вал-шестерня.
Таблица 5.1 – Размеры элементов цилиндрических зубчатых колес Толщина диска Диаметр окружности центров в диске Do = 0,5(d o + d ст ) Фаски на наружном диаметре da, угол c f = (0,5...0,7)mn, с округлением до фаски принимают 20 стандартного значения *dв – диаметр вала; **mn – модуль нормальный; ***dа – диаметр окружности выступов зубьев 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. Их нужно строить дополнительно.
Поэтому для упрощения построений зубьев геометрический расчет рекомендуется делать по внешнему окружному модулю (и выбирать его из Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС 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 5.17, а затем и «подсвеченную» строку с размерами головки, нажав «ОК».
Потом становится доступной кнопка «Расчет», а нажатие на нее запускает расчет зубчатого зацепления.
Для упрощения в будущем построений зубьев и зубчатого зацепления желательно отказаться от задания фасок и галтелей на большем основании конуса при построении его заготовки. Их можно добавить потом, – после нарезания первого промежутка между соседними зубьями. А после создания заготовки трехмерной модели заготовки необходимо выполнить следующую процедуру. Открыть эскиз операции «Операция вращения», провести через наклонную (основную) линию образующей главного конуса вспомогаПроцив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС тельную прямую, а затем через начало координат вдоль оси колеса еще одну ортогональную вспомогательную прямую. Потом выделить рамкой изображение полусечения заготовки конического колеса и с помощью команды «Сдвиг» в меню «Редактирование» передвинуть изображение как это показано на рисунке 5.18. Привязавшись к точке пересечения двух вспомогательных прямых, переместить ее в начало координат (светлые линии соответствуют старому положению полусечения колеса). Закрыть эскиз и перестроить модель.
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).
На созданной трехмерной модели шестерни и колеса еще нужно «нарезать» зубья. Для этого используют вспомогательные построения. В зависимости от вида зуба конического колеса (прямой или круговой) построения зубьев разнятся.
Файл сохраняют с нужным именем, например, «Колесо коническое».
Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС 5.2.1 Построение зубьев конических колес с прямым зубом Зубья строят на уже сгенерированной с помощью КОМПАСSHAFT 2D трехмерной заготовке модели конического колеса. Для этого вначале строят трехмерную модель вспомогательного прямозубого цилиндрического колеса для зубчатой передачи с теми же основными параметрами (числом зубьев колес, модулем, диаметрами окружности впадин и выступов зубьев). Затем в ней открывают эскиз построения сечения промежутка между соседними зубьями и копируют изображение в буфер памяти средствами КОМПАСа (они такие же, как и в Windows), как это показано на рисунке 5.19. В выделенном эскизе копируемая фигура подсвечена.
Далее, переходят к файлу заготовки конического колеса и строят вспомогательную касательную плоскость к конусу вершин зубьев колеса. Это делают с помощью инструментальной панели «Вспомогательная геометрия» и команды «Касательная плоскость». На ней открывают «Эскиз» и вставляют ранее сохраненное изображение, привязываясь к большей окружности конуса и, соответствующим образом ориентируя его, как это поПроцив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС казано на рисунке 5.20 (вспомогательная касательная плоскость подсвечена, а вставленная в «Эскиз:6» фигура изображена синей основной линией. Эскиз закрывают (нажатием на ту же, но уже подсвеченную кнопку) и с помощью «Вырезать выдавливанием»
модели пространство между двумя соседними зубьями.
Потом на одной из основных плоскостей открывают эскиз так, чтобы вырезанный промежуток размещался на экране монитора прямо перед глазами, как это показано на рисунке 5.21. В открытом эскизе строят вспомогательную линию, проходящую через ось конического колеса, а затем с помощью команды «Спроецировать объект» на инструментальной панели «Геометрия» (кнопка становится активной при переходе в режим «Эскиз») строят отрезки проекций большого и малого оснований главного конуса на плоскость эскиза (они нарисованы синей основной линией). Потом вдоль образующей конуса через концы построенных отрезков проводят прямую вспомогательную линию, которая пересечет осевую в некоторой точке.
Теперь нужно построить вспомогательную прямую через одно из ребер вершин зубьев (достаточно одного, поскольку они симметричны), которые образовались после вырезания промежутка (на рисунке это нижние концы отрезПроцив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС ков проекций большого и малого оснований конуса), и продлить ее до пересечения с осевой линией. Обе точки пересечений должны совпасть, но вначале это, скорей всего, не произойдет. Для исправления этой неточности необходимо вернуться к операции вырезания промежутка между зубами и отредактировать ее, введя некоторую величину «Уклона внутрь» (кнопка должна быть подсвечена), например 1°. После этого во вспомогательном эскизе проверяют совпадение точек пересечения линий с осевой. Указанную процедуру следует повторять до тех пор, пока расстояние между точками не станет меньше одного миллиметра, как это есть на рисунке 5.21 (удовлетворительная для учебных задач точность).
После этого с помощью команды «Ось конической поверхности» в меню инструментальной панели «Вспомогательная геометрия» строят ось (указать курсором на коническую или цилиндрическую поверхность), которая необходима для последующих построений. А при помощи операции «Массив по концентрической сетке» из меню инструментальной панели «Редактирование детали» «нарезают» остальные промежутки между зубьями колеса, чтобы получить зубчатое колесо, как это видно на рисунке Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС 5.22. Число элементов массива должно быть равно числу зубьев колеса.
«Ось конической поверхности» (видна на рисунке 5.23) используют для построения всех остальных промежутков между зубьями колеса при помощи операции «Массив по концентрической сетке» из меню инструментальной панели «Редактирование детали». На правой части венца (см. рисунок 5.23) виден первый промежуток между двумя соседними зубьями (выполненный предыдущей операцией) и фантомы остальных 37 промежутков, которые сформируют 38 зубьев колеса после выполнения указанной операции.
Описанные построения не вполне точны (поскольку в общем случае вершины углов делительного конуса, конуса вершин а и конуса впадин f могут не совпасть), но этого достаточно для выполнения курсового проекта.
Для точного построения зубьев необходимо нанести на эскиз (см. рисунок 5.21) еще и линии делительного конуса и впадин зубьев используя размеры с рисунка 3.1, полученные в п. 3.3.7 (Определение диаметров зубчатых колес). Уклоны боковых поверхностей двух соседних зубьев и впадины Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС между ними для точного соблюдения значений углов, а и f в этом случае нужно будет задавать отдельно.
Если строить зубья по среднему модулю, то плоскость, на которой будет размещаться эскиз пространства между двумя соседними зубьями, должна быть перпендикулярна другой вспомогательной плоскости, касательной делительному конусу конического колеса, и проходить через его середину. В этом случае делительный конус должен быть построен с помощью операции «Поверхность вращения» из панели инструментов «Поверхности», которая после завершения всех построений «Скрывается» (делается невидимой). Такое построение студент может выполнить самостоятельно.
В завершение, файл сохраняют. Потом его можно будет редактировать.
5.2.2 Построение зубьев конических колес с круговым зубом Как и для конических передач с прямым зубом, у конических передач с круговым зубом их строят на уже сгенерированной с помощью КОМПАСSHAFT 2D трехмерной заготовке модели конического колеса. Для этого Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС также вначале строят трехмерную модель вспомогательного прямозубого цилиндрического колеса для зубчатой передачи с теми же основными параметрами (числом зубьев колес, модулем, диаметрами окружности впадин и выступов зубьев). Затем в ней открывают эскиз построения промежутка между соседними зубьями и копируют его изображение в буфер памяти средствами КОМПАСа (они такие же, как и в Windows).
В файле заготовки трехмерной модели конического колеса вначале строят вспомогательную плоскость, касательную к конусу вершин зубьев.
Это делают с помощью инструментальной панели «Вспомогательная геометрия» и команды «Касательная плоскость». Для этого после включения операции, указывают образующую конуса, а затем одну из двух главных плоскостей, проходящих вдоль оси. На ней создают «Эскиз» и через начало координат проводят первую вспомогательную прямую (ортогональную), проходящую через начало координат точно по прямой контакта плоскости и конуса, как это показано на рисунке 5.24. Далее в эскизе выполняют ряд построений.
Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС С помощью операции «Спроецировать объект» на активной инструментальной панели «Геометрия» строят проекции двух окружностей (малой и большой), образующих конус вершин зубьев. Эти окружности проецируются в виде эллипсов. Потом их соединяют отрезком (стилем основной линии) вдоль вспомогательной прямой, а через его середину (с помощью привязки) проводят вторую вспомогательную прямую под углом 35° к первой (наиболее часто используемое значение угла наклона линии зуба для конических колес с круговым зубом).
Далее, через ту же точку середины отрезка проводят перпендикуляр ко второй вспомогательной прямой, а параллельно перпендикуляру на расстоянии половины диаметра зуборезной головки – четвертую вспомогательную прямую. Из точки пересечения перпендикуляра и третьей вспомогательной прямой строят окружность (она показана штриховой), диаметр которой равен диаметру зуборезной головки. Диаметр зуборезной головки берут со «Страницы 2» расчета КОМПАС-SHAFT 2D (см. рисунок 5.17 в п. 5.2 Построение зубчатых колес конической передачи). Часть полученной окружности (дугу) между проекциями двух окружностей, образующих конус, оставляют, остальную ее часть удаляют (или изменяют стиль линии на любой другой, кроПроцив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС ме основной линии). Удаляют также все остальные основные линии (или меняют их стиль). Полученная таким образом дуга будет траекторией «вырезания» материала в промежутке между двумя соседними круговыми зубьями колеса. Затем выполняют последнюю операцию, – поворот построенной дуги. Выделяют дугу, включают операцию «Поворот» на панели «Редактирование», затем, следуя подсказкам КОМПАСа, указывают центр поворота дуги (в начале координат), и, цепляясь за внешний конец дуги, поворачивают ее до установки этой точки на первую вспомогательную прямую, как это показано на рисунке 5.25.
Выступающий за наружный эллипс проекции конуса вершин зубьев кончик дуги необходимо удалить, используя команду «Усечь кривую» из меню «Редактирование». Далее, строят вторую вспомогательную плоскость, касательную к внешнему конусу колеса, которая должна располагаться со стороны начала дуги. Это делают с помощью инструментальной панели «Вспомогательная геометрия» и команды «Касательная плоскость»
так же, как и при построении вспомогательной плоскости на прямозубом коническом колесе в предыдущем пункте. На ней открывают «Эскиз» и Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС вставляют ранее сохраненное изображение промежутка между двумя соседними зубьями, соответствующим образом ориентируя его и привязываясь к внешней окружности конуса. Эскиз закрывают и с помощью операции «Вырезать кинематически» «удаляют» на модели пространство между двумя соседними зубьями. Для этого в открывшейся панели операции указывают в качестве эскиза – эскиз промежутка между двумя соседними зубьями в «Дереве построения», а в качестве траектории – построенную ранее дугу (она видна на экране монитора и изображена, как основная линия синим цветом). В меню «Движение сечения» выбирают «Сохранять угол наклона» «нажав» курсором на соответствующую кнопку (она должна стать подсвеченой). После этого на внешний диаметр конуса накладывают «Фаску»
и, так же, как в п. 5.2.1 (Построение зубьев конических колес с прямым зубом) с помощью команды «Ось конической поверхности» в меню инструментальной панели «Вспомогательная геометрия» строят ось. Ее используют для построения всех остальных промежутков между зубьями колеса при помощи операции «Массив по концентрической сетке» из меню инструментальной панели «Редактирование детали». В результате получаем зубчатое колесо, показанное на рисунке 5.26.
Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС Описанные построения не вполне точны, поскольку кривая, вдоль которой происходит нарезание зуба, должна лежать в плоскости, касательной к делительному конусу, а не к конусу вершин зубьев конического колеса (но этого достаточно для выполнения курсового проекта). В этом случае, делительный конус должен быть построен с помощью операции «Поверхность вращения» из панели инструментов «Поверхности», которая после завершения всех построений «Скрывается» (делается невидимой). Такое построение студент может выполнить самостоятельно.
Файл сохраняют, но впоследствии его можно отредактировать.
5.3 Построение зубчатых колес червячной передачи Построение трехмерных моделей червячной передачи также выполняют в библиотеке КОМПАС-SHAFT 2D, но после нажатия кнопки «Червяк 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 5.27.
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». Чтобы перейти к «Странице 2» «Геометрического расчета» червяка или червячного колеса нужно нажать на закладку «Предмет расчета» и она станет доступной (это пока неисправленная ошибка КОМПАСа).
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 из бронзы или серого чугуна. Обе детали скрепляют разборным соединением, например гуженами, для ремонтной замены зубчатого венца при износе зубьев свыше допустимого. В качестве гуженов 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. Их нужно строить дополнительно, как и для конических колес.
Не забудьте сохранить файлы результатов расчета в КОМПАСSHAFT 2D и отпечатать их на бумаге, а также сохранить файлы построенных Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС трехмерных моделей червяка и червячного колеса под узнаваемым в последствии названием, например, «Червяк» или «Зубчатый венец».
5.3.1 Построение зубьев червяка Винтовые зубья строят на уже сгенерированной с помощью КОМПАСSHAFT 2D трехмерной заготовке модели червяка (цилиндре). Ниже приведено описание построения червяка Архимеда.
Вначале с помощью команды «Смещенная плоскость» из меню инструментальной панели «Вспомогательная геометрия» строят вспомогательную плоскость, параллельную торцу цилиндра на расстоянии от 3 до 5 мм наружу от его тела. Лучше строить у торца, от которого начиналось построение цилиндрической заготовки червяка (где находится начало координат модели). На ней строят цилиндрическую спираль, вдоль которой будет располагаться «удаляемый» материал промежутка между соседними витками червяка. Для этого выделяют вспомогательную плоскость, от которой начнется построение спирали, нажимают на иконку «Спираль цилиндрическая» в меню инструментальной панели «Пространственные кривые» и Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС в открывшемся меню построения операции (на «Панели свойств», которая находится по умолчанию внизу экрана монитора) вводят параметры спирали.
Задают число витков спирали так, чтобы она была длиннее заготовки примерно на один виток. Назначают «Шаг» pz1, который должен быть равен «Ходу витка» (из таблицы «Результатов расчета» червяка в КОМПАСSHAFT 2D) или берут из п. 4.3.3 (Определение модуля и коэффициента диаметра зубчатых колес), чтобы между соседними витками одного захода смогли разместиться витки остальных заходов (если их два или четыре). Направление построения спирали нужно выбрать таким, чтобы она размещалась в теле заготовки червяка. На закладке «Диаметр» той же панели нужно ввести диаметр, лучше делительный, полученный расчетным путем в КОМПАСSHAFT 2D или наружный диаметр заготовки червяка (это не имеет существенного значения).
Затем на одной из основных плоскостей, которая проходит через ось червяка и начало спирали, создают новый «Эскиз», как это показано на рисунке 5.28.
Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС Переходят в инструментальную панель «Геометрия» и через начало координат проводят первую вспомогательную прямую вдоль оси червяка (осевую). Параллельно ей со стороны точки начала спирали проводят вторую вспомогательную прямую по образующей цилиндра заготовки (диаметр окружности выступов зубьев da1). На расстоянии высоты зуба червяка (из таблицы «Результатов расчета» червяка в КОМПАС-SHAFT 2D) от второй вспомогательной проводят третью вспомогательную прямую в сторону осевой. Это есть линия окружности впадин зубьев, диаметр df1 которой был вычислен в п. 4.3.5 (Определение диаметров и углов зубчатых колес).
Еще одна вспомогательная линия, четвертая, проведенная параллельно осевой и на расстоянии радиуса делительной окружности (диаметр делительной окружности d1 также берут из таблицы результатов расчета червяка в КОМПАС-SHAFT 2D) обозначит на эскизе ее положение. Потом примерно через начало спирали, которая начинается на вспомогательной плоскости, проводят вспомогательную прямую, перпендикулярную осевой, а параллельно ей на расстоянии половины расчетного шага червяка р1 от нее (из таблицы «Результатов расчета» червяка в КОМПАС-SHAFT 2D) еще одну вспомогательную прямую. Через точки пересечения двух вспомогательных линий с линией делительной окружности под углом 20° к ним проводит еще две вспомогательные прямые, образующие трапецию, соответствующую промежутку между двумя смежными винтовыми линиями заходов червяка. Указанную трапецию обводят замкнутой ломаной основной линией. Она не должна попадать на тело цилиндра, поскольку при этом винтовая канавка не будет полностью «нарезана» в теле трехмерной модели заготовки. Эскиз готов, его закрывают и переходят к «нарезанию» винтовых канавок командой «Вырезать кинематически». В открывшейся панели операции указывают в качестве эскиза в «Дереве построения» эскиз трапеции, а в качестве траектории – цилиндрическую спираль. В окне меню «Движение сечения» выбирают «Сохранять угол наклона» «нажав» курсором на соответствующую кнопку. Получилась винтовая канавка.
Затем на углы впадин и вершин зубьев накладывают радиусы скругления, величины которых берут из «Результатов расчета» червяка в КОМПАС-SHAFT 2D. Они называются там как «Радиус кривизны переходной кривой червяка». Операция «Скругление» находится на инструментальной панели «Редактирование детали». Добавляют также радиус кривизны линии притупления витка, равный примерно 0,1m. Получился червяк, показанный на рисунке 5.29 (незавершенный).
Для однозаходного червяка (z1 = 1) построение винтового зуба закончено. Для двух- или четырехзаходного необходимо дополнительно создать остальные винтовые канавки с помощью команды «Массив по концентрической сетке» предварительно построив «Ось конической поверхности», как это описано в п. 5.2.1 (Построение зубьев конических колес с прямым зубом) настоящих методических указаний. Полученную трехмерную Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС модель червяка со скрытыми вспомогательными объектами можно видеть на рисунке 5.30.
Обычно на торцах цилиндрической заготовки червяка добавляют фаски от 1,5 до 3 мм в зависимости от его размеров, в «дереве построения» они созданы операцией «Фаска 1».
Для червячного зацепления с эвольвентным зубом «ZI» эскиз промежутка между зубьями, как и при построении зубьев конических колес (см.
п. 5.2.1, Построение зубьев конических колес с прямым зубом), берется из эскиза вспомогательного построения. Для этого вначале строят трехмерную модель вспомогательного прямозубого цилиндрического колеса для зубчатой передачи с теми же основными параметрами (числом зубьев колес, модулем, диаметрами окружности впадин и выступов зубьев), как в червячном колесе.
Затем открывают эскиз построения промежутка между соседними зубьями и копируют изображение в буфер памяти средствами КОМПАСа (они такие же, как и в Windows).
Обязательно нужно сохранить созданные и откорректированные файлы деталей.
Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС 5.3.2 Построение зубьев червячного колеса Зубья червячного колеса строят на уже сгенерированной с помощью КОМПАС-SHAFT 2D трехмерной заготовке модели зубчатого венца червячного колеса или на самом колесе, если размеры его незначительны. На практике обычно зубья червячного колеса нарезают на уже собранном составном червячном колесе, когда заготовка венца закреплена на маточине. КОМПАС десятой версии позволяет это делать, то есть построение зубьев выполняют в файле «Сборка». Для упрощения описания ниже построение зубьев будет показано в файле «Деталь» КОМПАСа, и далее будем называть деталь, на которой «нарезаются» зубья, червячное колесо или просто колесо.
Построение начинают с создания в файле заготовки червячного колеса вспомогательной плоскости, построенной под небольшим углом (например, 5 °) к одной из главных плоскостей, проходящих вдоль оси вращения червячного колеса (не перпендикулярно), как это показано на рисунке 5.31. Это делают с помощью инструментальной панели «Вспомогательная геометрия» и команды «Плоскость под углом к другой плоскости» (например, Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС к главной плоскости«XY» через ось «X»). Необходимо это для того, чтобы в будущем при создании сборки, изменяя указанный угол «настроить» трехмерную модель червячного зацепления (добиться попадания зубьев колеса точно в промежутки между винтовыми канавками червяка).
Параллельно первой на расстоянии половины «Расчетного шага червяка» (из таблицы «Результатов расчета» червяка или червячного колеса в КОМПАС-SHAFT 2D, поскольку они должны быть одинаковыми) строят вторую вспомогательную плоскость, используя команду «Смещенная плоскость». На этой плоскости, как описано в п. 5.3.1 (Построение зубьев червяка), строят спираль с теми же параметрами, что и для уже построенного червяка, который будет работать в паре с червячным колесом в червячной передаче. Но есть два отличия. Первое – число витков спирали устанавливают равным 0,5 (больше не нужно для нарезания одного промежутка между двумя зубьями) и второе – «Точка привязки» оси спирали должна быть со следующими координатами: первая X равна половине «Ширины венца червячного колеса», а вторая Y – «Межосевому расстоянию» передачи. НаПроцив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС правление спирали следует выбрать таким, чтобы она прошла через тело колеса, а ее середина (четверть витка) находилась точно над осевой линией.
Далее строят еще одну вспомогательную плоскость (третью) перпендикулярную первой «Плоскость под углом к другой плоскости» устанавливая угол между ними равным 90. Затем последнюю, четвертую, параллельно третьей на межосевом расстоянии. Эта плоскость располагается там, где будет находиться ось вращения червяка в червячной передаче. На ней создают «Эскиз», приведенный на рисунке 5.32.
В эскизе проводят вспомогательную прямую через начало координат вдоль оси вращения колеса, а потом вторую вспомогательную прямую, на расстоянии половины «Расчетного шага червяка» от осевой линии и параллельно ей. Можно даже «Спроецировать объекты» на плоскость эскиза, – точки начала и конца спирали. Они должны находиться на одном и том же расстоянии от осевой линии, равном половине «Расчетного шага червяка», и на одном расстоянии относительно поперечной оси симметрии колеса (которая условно разделяет венец колеса на два стоящих один за друПроцив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС гим цилиндра). Для получения червячного колеса, показанного на рисунке 5.33 нужно выполнить еще несколько построений и операций.
Вдоль поперечной оси симметрии колеса проводят вспомогательную прямую, перпендикулярную осевой линии. Затем параллельно ей на расстоянии радиуса «Начального диаметра червяка» (если коэффициент смещения червяка равен нулю, то он совпадает с диаметром делительной окружности) со стороны точки начала спирали еще одну вспомогательную параллельную прямую.
В качестве эскиза удаляемого материала между двумя соседними зубьями при нарезании зубьев колес используется уже построений эскиз для «изготовления» зубьев червяка. Из файла червяка копируют изображение трапеции (или эвольвентной фигуры) и вставляют в текущий эскиз, нужным образом ориентируя изображение для «нарезания» зуба и привязывая его центр по линии делительной окружности к точке начала спирали. Эскиз закрывают.
Затем, как и в п. 5.3.1 (Построение зубьев червяка) используя команду «Вырезать кинематически» «вырезают» промежуток между двумя соседними зубьями и подобным образом стоят остальные зубья колеса. Для этого с помощью команды «Ось конической поверхности» строят ось, а Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС потом удаляют все остальные промежутки между зубьями колеса при помощи операции «Массив по концентрической сетке». Если строят зубчатый венец, который затем оденут на маточину, то удаляют центральную часть (см. рисунок 5.33).
5.4 Построение 3D модели зубчатого зацепления Завершив построение зубчатых колес, выполняют проверочное построение трехмерной модели зубчатого зацепления, как это показано на рисунке 5.34 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 Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС трехмерной модели первой вставляемой в сборку детали. Обычно, наводят курсор на начало координат и нажимают на левую кнопку мышки (это впоследствии 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 5.35, 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 деталь относительно начала координат сборки или первой детали используют операции из инструментальной панели «Сопряжения». На второй детали определяют одну из (обычно основных) плоскостей, которая должна совпадать с одной из главных плоскостей трехПроцив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС мерной модели сборки. Затем выбирают сопряжение «Совпадение объектов» и, следуя подсказкам КОМПАСа, указывают по очереди обе плоскости. Вторая деталь быстро занимает указанное положение. Затем устанавливают один из торцов второго зубчатого колеса на расчетное расстояние. Для этого выбирают сопряжение «На расстоянии», указывают соответствующие плоскости, а в ячейке «Расстояние» величину расстояния, как видно из рисунка 5.36.
Эта команда позволяет при задании и редактировании сопряжения менять «Направление» и «Ориентацию» второй детали для исправления возможных неточностей.
Сопряжение «На расстоянии» используют и для установки, например, торцов зубчатых колес в зацеплении на расстоянии друг от друга, равном половине разницы ширины колеса и шестерни.
Вторым способом сопряжения конической пары есть следующий. Коническое колесо привязывают в точке вершины конуса шестерни, которая первой была зафиксирована этой точкой в начале координат файла сборки.
Затем устраняют возможность его перекатывания по шестерне, совместив Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС соответствующие плоскости сопряжением «Совпадение объектов» или «На расстоянии» (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 5.37.
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 колесе.
Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС 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 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 – 15).
Рисунок 7.1 – Компоновочный 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 редукторов Валы цилиндрических редукторов обычно опираются на шариковые, реже на роликовые радиальные подшипники. Если передача косозубая с большим углом наклона линии зуба, то могут применяться радиальноупорные 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 монтажным предварительным 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 редукторов 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 редукторов 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 одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС 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 вала обычно начинают со средней части, – построения цилиндрической ступени посадочного места под крепление зубчатого колеса, размеры которого уже примерно определены. На рисунке 7.2 первая ступень вала подсвечена.
Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС 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 выполняются 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 библиотеку «Стандартные элементы Конструктивные элементы Отверстия Центровые отверстия», 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.
Поскольку посадочные поверхности под внутренние кольца подшипников шлифуют, обеспечивая нужный размер с допуском и шероховатостью поверхности, то в местах выхода шлифовального круга (у ступени большего диаметра) должны быть выполнены соответствующего размера канавки. Их «вырезание» вызывают из библиотеки «Машиностроение Библиотека канавок для КОМПАС-3D Канавка по ГОСТ 8820-69 (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 рекомендуемые) и указать торец, возле которого она должна быть «нарезана». После нажатия кнопки «ОК» канавка будет построена.
Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС 7 Выбор подшипников и построение сборок трехмерных моделей валов 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).
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 7.5.
Аналогично строят вал-шестерню и червяк, который всегда изготавливают заодно с валом, только в качестве первой цилиндрической ступени используются уже построенные шестерня или червяк.
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 одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС 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». Чаще других используются сопряжения «Соосность» и «Совпадение объектов». Если между подшипниками (их внутренними кольцами) и ступенями валов стоят маслоотражающие (маслоотбойные) кольца или дистанционные втулки, то их можно создать Процив В.В. Проектирование одноступенчатых редукторов с использованием КОМПАС 7 Выбор подшипников и построение сборок трехмерных моделей валов 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 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.