ОГАПОУ

«Белгородский политехнический колледж»

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

по теме

Зубчатые передачи

Введение

Главной целью разработки методических рекомендаций к практическим занятиям по дисциплине ОП.01 «ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА» обучение студентов работе с различной по виду и содержанию графической информацией, основам графического представления информации, методам графического моделирования геометрических объектов, правилам разработки и оформления конструкторской документации, графических моделей явлений и процессов.

В настоящих методических указаниях приведены сведения о видах зубчатых передач, их назначении, примерном расчете конструктивных параметров (без учета действующих нагрузок), о порядке выполнения изображений, принятых стандартом условностях, упрощениях и обозначениях в чертежах. Приведены примеры выполнения различных зубчатых передач и индивидуальные задания для студентов к выполнению расчетно-графических работ.

Главной задачей методических рекомендаций является изучение общих методов построения и чтения чертежей, решения разнообразных инженерно-геометрических задач в процессе проектирования и конструирования.

Содержание

Изображения, основные размеры и требования к выполнению

чертежей зубчатых передач

4

Цилиндрическая зубчатая передача

7

Расчет и изображение цилиндрической зубчатой передачи.

Приложение 1

10

Коническая зубчатая передача

13

Расчет и изображение конической зубчатой передачи. Приложение 2

14

Червячная передача

18

Расчет и изображение червячной зубчатой передачи. Приложение 3

20

Задание на выполнение зубчатых соединений

23

Литература

25

1. ИЗОБРАЖЕНИЯ, ОСНОВНЫЕ РАЗМЕРЫ И ТРЕБОВАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ ЧЕРТЕЖЕЙ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ

Механизмы, передающие движение от одной части устройства к другой, называют передачами. Наибольшее распространение получили зубчатые передачи, передающие движение от ведущего вала к ведомому с соответствующим изменением угловой скорости (или крутящего момента) по величине и направлению.

Зубчатые передачи классифицируются:

а) по взаимному расположению осей колес: цилиндрические (оси валов параллельны между собой); конические (оси пересекаются); червячные (оси скрещиваются);

б) по расположению зубьев колес: прямозубые, косозубые и шевронные;

в) по взаимному расположению колес: с внутренним и наружным зацеплением;

г) по форме профиля зубьев (наиболее применимы в машиностроении с эвольвентным профилем).

Для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот применяют реечные передачи.

Основными деталями зубчатых передач являются зубчатые колеса, червяки и рейки. Колесо с меньшим числом зубьев называют шестерней, а с большим - колесом. При одинаковом числе зубьев шестерней называют ведущее колесо.

В современном машиностроении применяются зубчатые колеса самых разнообразных конструкций, отличающиеся друг от друга технологией изготовления, материалом и конструктивными особенностями.

Зубчатые колеса изготавливают штамповкой, прокаткой, отливкой и сваркой. Для выполнения зубчатых колес применяются сталь, чугун, бронза и различные полимеры.

Конструктивные форма и размеры зубчатого колеса зависят от нагрузок, действующих на его зубья, требований технологии их изготовления, удобства монтажа и эксплуатации, габаритов и массы зубчатых колес, бесшумности работы.

Цилиндрические зубчатые колеса малого диаметра (шестерни) обычно имеют форму сплошного цилиндра с отверстием для установки на вал. Колеса с большим диаметром для облегчения конструкции выполняются с тонким диском с отверстиями (без отверстий).

Диск может выполняться с ребрами жесткости. Если диаметр колеса достаточно велик, диск заменяется несколькими спицами, соединяющими обод с втулкой. Форма спиц может быть различная: круглая, овальная, прямоугольная, двутавровая.

Если в конструкции необходимо применить внутреннее зацепление, то большое колесо изготавливают с внутренними зубьями.

На чертеже зубчатого или червячного колеса (рис. 1) должно быть изображение изделия и другие данные (например, диаметр вершин зубьев, ширина венца, размеры фасок или радиусы кривизны линий притупления на кромках зубьев, шероховатость боковых поверхностей зубьев). В правом верхнем углу чертежа на расстоянии 20 мм от верхней внутренней рамки помещают таблицу параметров, состоящую из трех частей:

а) основные данные;

б) данные для контроля;

в) справочные данные.

Части отделяют друг от друга основными линиями. Неиспользуемые строки таблицы параметров исключают или прочеркивают.

Более подробно требования к выполнению чертежей изложены в соответствующих стандартах: в ГОСТ 2.403-75 - на цилиндрические зубчатые колеса; в ГОСТ 2.404-75 - на зубчатые рейки; в ГОСТ 2.405-75 - на конические зубчатые колеса; в ГОСТ 2.406-76 - на цилиндрические червяки и червячные колеса; в ГОСТ 2.407-75 - на червяки и червячные колеса глобоидных передач; в ГОСТ 2.408-68 - на звездочки приводных роликовых и втулочных цепей и т. д.

Основным расчетным параметром зубчатой передачи является модуль, т. е. число миллиметров начального (делительного) диаметра, приходящихся на один зуб (подробнее см. ГОСТ 16530-83). Числовые значения модуля выбирают из ГОСТ 9563-60. У зубчатых колес, находящихся в зацеплении, окружные шаги зубьев равны, следовательно, равны их модули.

Начальные окружности двух зубчатых колес - это воображаемые окружности двух гладких катков, перекатывающихся друг по другу без скольжения. Для определения основных параметров передачи принимается делительная окружность. У некоррегированных колес (будем рассматривать только их) делительная окружность совпадает с начальной.

Рис. 1. Изображение зубчатого колеса

Начальная окружность делит зуб колеса на две части - головку и ножку. Высота зуба h, головки h_a и ножки h_f связаны с модулем следующими соотношениями (ГОСТ 13755-81): h = 2,25 m; h_a = m; h_f = 1,25 m.

2. ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА

Для вычерчивания зубчатого соединения необходимо знать не только формулы геометрического расчета зубьев колеса, но и конструктивный расчет его элементов: обода, диска, ступицы и т. д. На рис. 2 приведены обозначения элементов, а в табл.1 - расчет их параметров.

Рис. 2. Цилиндрическая зубчатая передача

На чертеже предварительно наносится межосевое расстояние a, проводятся на виде слева осевые линии начальных окружностей d₁ и d₂, окружностей выступов зубьев d_а1 и d_a2 и окружностей впадин d_f1 и d_f2. Начальные окружности должны касаться друг друга. Из тех же центров проводятся окружности, изображающие отверстия для валов d_в1 и d_в2, а также ступиц d_c1 и d_c2.

Таблица 1

Параметры зубчатых колесПараметр

Обозначение

Шестерня

Колесо

Число зубьев

Z

Z₁

Z₂

Модуль

m

m

m

Диаметр делительной

окружности

d

d₁ = mZ₁

d₂ =mZ₂

Межосевое расстояние

a

a = 0,5(d₁ + d₂)

Высота зуба

h

h₁ = 2,25m

h₂ = 2,25m

Высота головки зуба

h_a

h_a1 = m

h_a2 = m

Высота ножки зуба

h_f

h_f1 = 1,25m

h_f2 = 1,25m

Диаметр окружности

выступов

d_a

d_a1 = d₁ + 2h_a

d_a2 = d₂ + 2h_a

Диаметр окружности впадин

d_f

d_f1 = d₁ - 2h_f

d_f2 = d₂ - 2h_f

Ширина зубчатого

венца

b

b₁ = (6…8)m

b₂ = (6…8)m

Толщина диска

k

k₁ = 0,3b₁

k₂ = 0,3b₂

Толщина обода

t

t₁ = 2m

t₂ = 2m

Диаметр отверстия для

вала

d_в

d_в1 = 0,15d₁

d_в2 = 0,15d₂

Диаметр ступицы

d_с

d_с1 = 1,6 d_в1

d_c2 = 1,6d_в2

Длина ступицы

L

L₁ = 1,2b₁

L₂ = 1,2b₂

Диаметр обода

d₀

-

d₀₂ = d_a2 - 8,5m

Диаметр центровой

окружности технологических отверстий

d_ц

-

d_ц2 = 0,5(d₀₂ + d_c2)

Диаметр технологического отверстия

-

D₂ = 0,25(d₀₂-d_c2)

(4 - 6 отверстий)

Затем приступают к изображению главного вида соединения, проводя линии связи из точек пересечения окружностей с вертикальной осевой линией на виде слева (см. рис. 2). Откладывают размеры: длину ступиц L₁ и L₂, ширину венцов в₁ и в₂ и толщину дисков K₁ и K₂.

Соединение колеса с валом осуществляется с помощью шпонки. Шпонки бывают призматическими, сегментными и клиновыми. Материалом для шпонки, как правило, служит чистотянутая сталь. Размеры призматических шпонок выбирают в зависимости от диаметра вала по ГОСТ 23360-78. Длину ступицы выбирают на 3 - 5 мм короче длины ступицы из стандартизированного ряда.

Выбор размеров шпоночных канавки и паза осуществляют по табл. 2 и

рис. 3. В соединении (на сборочном чертеже) указывают установочные размеры, соответствующие девятому квалитету точности.Исполнение 1

Исполнение 2

Исполнение 3

а

б

Рис. 3. Призматические шпонки: а - варианты исполнения шпонок;

б - шпоночное соединение

Длину призматических шпонок следует выбирать из ряда, мм: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160; 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500. Допускается три варианта исполнения призматических шпонок (см. рис. 3).

Таблица 2

Выбор размеров шпоночных канавки и пазаДиаметр вала d

Шпонка

Шпоночный паз

размеры

сечения

длина l

фаска s или радиус r

глубина

b

h

t₁ (вал)

t₂ (втулка)

От 6 до 8

Свыше 8, до 10

Свыше 10, до 12

2

3

4

2

3

4

6 - 20

6 - 36

8 - 45

0,16 - 0,25

1,2

1,8

2,5

1,0

1,4

1,8

Свыше 12, до 17

Свыше 17, до 22

Свыше 22, до 30

Свыше 22, до 30

5

6

7

8

5

6

7

7

10 - 56

14 - 70

16 - 63

18 - 90

0,25 - 0,40

3,0

3,5

4,0

4,0

2,3

2,8

3,3

3,3

Свыше 30, до 38

Свыше 38, до 44

Свыше 44, до 50

Свыше 50, до 58

Свыше 58, до 65

10

12

14

16

18

8

8

9

10

11

22 - 110

28 - 140

36 - 160

45 - 180

50 - 200

0,40 - 0,60

5,0

5,0

5,5

6,0

7,0

3,3

3,3

3,8

4,3

4,4

Свыше 65, до 75

Свыше 75, до 85

Свыше 85, до 95

Свыше 85, до 95

Свыше 95, до 100

Свыше 110, до 130

20

22

24

25

28

32

12

14

14

14

16

18

56 - 220

63 - 250

63 - 250

70 - 280

80 - 320

90 - 360

0,60 - 0,80

7,5

9,0

9,0

9,0

10,0

11,0

4,9

5,4

5,4

5,4

6,4

7,4

После компоновки изображения производят обводку чертежа и выполняют фронтальный разрез всего соединения. На разрезе, в зоне зацепления, зуб шестерни показывают расположенным перед зубом сопрягаемого колеса.

На чертеже проставляют только размер межосевого расстояния, а на выносном элементе - размеры шпонки.

Расчет и изображение цилиндрической зубчатой передачи

Порядок выполнения работы:

Выполнить расчеты параметров цилиндрических зубчатых колес по исходным данным выданным преподавателем, оформить расчеты на формате А4, заполнить таблицу основной надписи формой 2. Затем вычертить цилиндрическое зубчатое колесо по своим расчетным данным на формате А3.

Пример выполнения графической работы представлен в приложении 1

Приложение1

Приложение 1 (1)

Пример выполнения графической работы

3. КОНИЧЕСКАЯ ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА

Рассмотрим зубчатую передачу, у которой межосевой угол равен 90º.

Расчет основных начальных параметров передачи необходимо провести по зависимостям, приведенным в табл.1 для цилиндрических передач, с той разницей, что вместо диаметров начальных окружностей цилиндров здесь откладываются диаметры начальных окружностей оснований конусов d₁ и d₂ (рис. 4). В пересечении осей получают общую вершину конусов (точка О). Из крайних точек диаметров под прямым углом к очерковым образующим конусов откладывают размеры головки и ножки зуба h_a и h_f. Проводят контур зубьев колеса и шестерни в направлении вершины конусов. Ширину зубчатого венца B ограничивают размером 0,3R.

Рис. 4. Коническая зубчатая передача

Расчет и изображение конической зубчатой передачи

Порядок выполнения работы:

Выполнить расчеты параметров конических зубчатых колес по исходным данным выданным преподавателем, оформить расчеты на формате А4, заполнить таблицу основной надписи формой 2. Затем вычертить коническое зубчатое колесо по своим расчетным данным на формате А3.

Параметры конических зубчатых колес

Пример выполнения графической работы представлен в приложении 2

Приложение 2

Приложение 2 (1)

Пример выполнения графической работы

4. ЧЕРВЯЧНАЯ ПЕРЕДАЧА

Ведущим звеном передачи, как правило, служит червяк, который можно рассматривать как шестерню с винтовыми зубьями. Диаметры начальных окружностей, впадин и выступов и другие конструктивные размеры выбирают аналогично параметрам цилиндрических колес.

Последовательность выполнения чертежа следующая: откладывают межосевое расстояние α, проводят делительную окружность червяка d1, а также da и df. Расчет некоторых параметров приведен в табл. 3.

Параметры червячной передачи Таблица 3Параметр

Обозначение

Червяк

Колесо

Число заходов, число зубьев

Z

Z₁

Z₂

Коэффициент диаметра червяка

q

применяем q = 10

(ГОСТ 2144-76)

-

Делительный диаметр

d

d₁ = mq

d₂ = mz₂

Диаметр вершин витков или зубьев

d_a

d_a1 = m(q+2)

d_a2 = m(z+2)

Диаметр впадин витков и зубьев

d_f

d_f1 = m(q-2,4)

d_f2 = m(z-2,4)

Высота головки витка и зуба

h_a

h_a1=m

h_a2=m

Высота ножки витка

h_f

h_f1=1,2m

-

Высота ножки зуба

h_f

-

h_f2=1,2m

Высота витка

h

h₁=2,2m

-

Высота зуба

h

-

h₂=2,2m

Расчетный шаг

p

p₁=πm

P₂=πm

Длина нарезной части червяка

b₁

b₁≥(11+0,06z₂)m для одно- и двухзаходных червяков

b₁≥(12,5+0,96z₂)m для многозаходных червяков

-

Ширина венца червячного колеса

b₂

-

b₂≤ 0,75d_a1

при z₁=1, z₁=2

Диаметр вала червяка

d_в1

d_в1 = 0,9d_f1

-

Диаметр отверстия под вал

d_в2

-

d_в2 конструктивно

Длина ступицы

l_c2

-

l_c2=1,2d_в2

Толщина обода венца

е₂

-

е₂= h₂

Толщина диска

k₂

-

k₂=

Диаметр ступицы

d_с

-

d_c2= 1,8d_в2

Начальные окружности должны касаться друг друга в полюсе зацепления (на оси). Вычерчивают контурные очертания червяка и колеса, выполняют разрез соединения (рис. 5).

Рис. 5. Червячная передача

Шпоночное соединение колеса и вала определяется по рис. 5 и табл. 3.

Расчет и изображение червячной зубчатой передачи

Порядок выполнения работы:

Выполнить расчеты параметров червячной передачи по исходным данным выданным преподавателем, оформить расчеты на формате А4, заполнить таблицу основной надписи формой 2а.

Затем вычертить червяк по своим расчетным данным на формате А3.

Параметры червячной передачи

Пример выполнения графической работы представлен в приложении 3

Приложение 3

Приложение 3(1)

Пример выполнения графической работы

5. ЗАДАНИЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ ЗУБЧАТЫХ СОЕДИНЕНИЙ

На бумаге формата А3 вычертить зубчатую передачу. Исходные данные для расчета взять из табл. 4, подобрать шпонку. В условном изображении зубчатых колес на чертежах окружность вершин зубьев изображается сплошной основной линией, впадин - сплошной тонкой, начальная - штрихпунктирной. Между окружностями выступов и впадин зубьев в зоне зацепления должен быть зазор.

Образец выполнения чертежа приведен в приложении. Составить спецификацию сборочного чертежа (ГОСТ 2.108-68) на отдельном листе (см. прил.).

Данные для выполнения зубчатого соединения Таблица 4

Литература

1. Попова Г. Н. Машиностроительное черчение/ Г. Н. Попова,

С. Ю. Алексеев. М., 1999. 453 с.

2. Левицкий В. С. Машиностроительное черчение и автоматизация исполнения чертежей / В. С. Левицкий. М., 2002. 351 с.

3. Парфенова И. Ф. Рабочие чертежи деталей со стандартными изображениями. Зубчатые колеса, червяки / И. Ф. Парфенова. Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1993. 28 с.

4. Савельев Ю.Ф. Изображение зубчатых передач в расчетно-графических работах при изучении дисциплины "инженерная графика. Редакционно-издательский отдел ОмГУПСа Типография ОмГУПС.