Реферат: Одноступенчатые редукторы. Сварные соединения
Содержание
1. Одноступенчатыередукторы
2. Сварныесоединения
Литература
1. Одноступенчатыередукторы
Приводмашины занимает особое положение в технике, потому что без него механическоедвижение любого устройства невозможно. От рационального выбора кинематическойсхемы привода и правильного кинематического силового расчета во многом зависяттакие важные требования, предъявляемые к проектируемым машинам, как увеличениемощности при тех же габаритах, повышение скорости и производительности,повышение КПД, а также минимальная масса и низкая себестоимость изготовления.
Наибольшеераспространение в машинах получили механические приводы. Обобщенная схемамеханического привода рабочей машины включает в себя двигатель, передаточныймеханизм, рабочую машину и соединительные муфты. И поскольку угловые скоростивала двигателя и ведущего вала рабочей машины, как правило, не равны междусобой, для согласования в механическом приводе применяется передаточныймеханизм, состоящий из набора механических передач.
Редукторныйпривод — один из наиболее распространенных видов современных механическихсистем общепромышленного применения. Редуктор предназначен для сниженияугловой скорости вращения и увеличения вращающего момента. От работоспособностии ресурса редукторов и мотор-редукторов во многом зависит обеспечение требуемыхфункциональных параметров и надежности машины в целом. Неправильный выборредуктора может привести к значительным экономическим потерям из-за внеплановыхпростоев, увеличения ремонтных затрат и т. д. Современный редуктор — этозаконченный механизм, который соединяется с двигателем и рабочей машиноймуфтами или открытыми механическими передачами. В корпусе редуктора размещенызубчатые или червячные передачи, неподвижно закрепленные на валах. Валыопираются на подшипники, размещенные в гнездах корпуса.
Редукторыклассифицируют по следующим основным признакам:
Типпередачи: зубчатые, червячные, зубчато-червячные;
Числоступеней: одноступенчатые, двухступенчатые и т. д. — взависимости от результата, которого необходимо добиться на выходе.
Типзубчатых колес: цилиндрические, конические,коническо-цилиндрические и т. д.
Относительноерасположение валов редуктора в пространстве:
горизонтальные,вертикальные.
Особенностикинематической схемы: развернутая соосная, с раздвоеннойступенью и др.
Цилиндрическиегоризонтальные редукторы — оси входных и выходных валоврасположены параллельно и лежат в одной горизонтальной плоскости.Цилиндрические вертикальные редукторы — оси входных и выходных валоврасположены параллельно и лежат в одной вертикальной плоскости.
Червячныеодноступенчатые редукторы — оси входного и выходного валалежат в разных плоскостях и пересекаются перпендикулярно
Червячныедвухступенчатые редукторы — оси входного и выходного валарасположены параллельно и лежат в разных плоскостях
Коническо-цилиндрическиередукторы — оси входного и выходного вала пересекаютсяперпендикулярно в одной горизонтальной плоскости.
Конструкциячервячного редуктора допускает любое расположение выходного вала впространстве. В цилиндрических и конических редукторах, как правило,допускается только горизонтальное расположение валов. При одинаковых внешнихгабаритах редукторы имеют различные характеристики. Червячная передачавыдерживает нагрузку в 1,5-2 раза большую, чем зубчатая передача, имеет болеевысокий КПД. Это необходимо учитывать, осуществляя выбор и расчёт редуктора.
Выборцилиндрического редуктора следует производить в соответствии с дополнительнымирасчетами, проведение которых лучше доверить профессионалам, так как от этогозависит как срок эксплуатации самого механизма, так и привода в целом. Крометого, неправильно подобранный редуктор не позволит получить необходимыехарактеристики на выходе схемы. Следует знать, что при выборе редуктораиспользуются не только математические расчеты, но так же учитываются и условия,в которых он будет работать.
Червячныйредуктор
Вчервячном редукторе увеличение крутящего момента и уменьшение угловой скоростивыходного вала происходит за счет преобразования энергии, заключенной в высокойугловой скорости и низком крутящем моменте на входном валу. Двигатель совстроенным червячным редуктором называют червячным мотор-редуктором.
Вотличие от цилиндрического редуктора благодаря использованию червячногомеханизма можно получить большее передаточное число (отношение скоростейвращения валов).
Крометого, входная и выходная оси у червячных редукторов обычно расположены подпрямым углом, что зачастую бывает необходимо в соответствии с разработаннойсхемой привода.
Взависимости от характеристик, которые требуется обеспечить червячные редукторы,так же как и цилиндрические могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми.
Наиболеераспространены одноступенчатые червячные редукторы. В одноступенчатыхчервячных редукторах червяк может располагаться под колесом, над колесом,горизонтально сбоку колеса и вертикально сбоку колеса. Выбор схемы червячногоредуктора определяется требованиями компоновки. Червячные редукторы с нижнимрасположением червяка применяют при v1< 5 м/с, с верхним — при v1> 5 м/с.В червячных редукторах с боковым расположением червяка смазка подшипниковвертикальных валов затруднена.
Вчервячных редукторах для повышения сопротивления заеданию применяют болеевязкие масла, чем в зубчатых редукторах.
Вчервячных редукторах используется червячная передача. Червячная передачасостоит из винта, называемого червяком, и червячного колеса, представляющегособой разновидность косозубого колеса. Червячные передачи относятся кзубчато-винтовым. Ведущее звено червячной передачи в большинстве случаев — червяк, а ведомое — червячное колесо. Обратная передача зачастую невозможна — КПД червячного редуктора в совокупности с передаточным отношением вызываютсамостопорение редутора. Преимущество червячной передачи по сравнению свинтовой зубчатой в том, что начальный контакт звеньев происходит по линии, ане в точке. Угол скрещивания валов червяка и червячного колеса может быть какимугодно, но обычно он равен 90°. Резьба червяка может быть однозаходной илимногозаходной, а также правой или левой. Наиболее распространена правая резьбас числом заходов z1=1...4. Различают два основных вида червячных передач:цилиндрические, или просто червячные, передачи (с цилиндрическими червяками) иглобоидные (с глобоидными червяками).
Посравнению с обыкновенными зубчатыми передачами, передаточное отношение(передаточное число) червячного редуктора может быть значительно большим. Так,например, при однозаходном червяке (z1=1) и червячном колесе с z2=100передаточное число передачи u =100. При одном и том же передаточном числечервячный редуктор гораздо компактнее обыкновенной зубчатой передачи.
Основныедостоинства червячных передач: возможностьреализации больших передаточных чисел в одной ступени (у силовых передач от 8до 80, у кинематических до 1000), плавность и бесшумность в работе, возможностьсамоторможения.
Основнымнедостатком червячной передачи является сравнительнонизкий КПД. К сопутствующим недостаткам следует отнести значительное склонностьк заеданию в зацеплении, необходимость применения для венцов червячных колёсдорогих антифрикционных материалов,. Указанные недостатки ограничиваютприменение червячных редукторов по мощности (обычно до 80 квт и реже до 300квт).
Наибольшееприменение червячные редукторы находят в подъёмно-транспортныхмашинах, в коробках передач станков, в механизмах рулевого управлениятранспортных средств, т.е. в механизмах периодического действия приотносительно низких скоростях.
Устройствоодноступенчатых червячных редукторов.
Поотносительному расположению червяка и червячного колеса различают три основныесхемы червячных редукторов: с нижним (рис.1, а), верхним (рис.1, б) и боковым(рис.1, в, г) расположением червяка.
/>
Рис.1.Схемы червячных редукторов
Редукторыобщемашиностроительного применения с межосевым расстоянием от 40 до 500 ммизготавливаются обычно двух типов: с червяком под колесом — РЧП и над колесом — РЧН.
Крышкуи корпус редукторов обычно изготавливают из серого чугуна или из алюминиевогосплава АЛ-3. Червяк изготавливают из конструкционных марок сталей (сталь 45,сталь 40, сталь 20, сталь20Х) для малонагруженных редукторов и из легированныхмарок сталей (сталь 40ХН, сталь 34ХН1М, сталь 38ХГН, сталь 5ХНВ) длятяжелонагруженных редукторов. С целью снижения коэффициента трения ипредотвращения заедания зацепления червячные колёса изготавливают, как правило,из бронзы БрАЖ9-4Л, БрОФ10-1 и др. Реже их выполняют из чугуна, из антифрикционныхалюминиевых сплавов и из пластмасс. При изготовлении колёс диаметром более150-200 мм в целях экономии из бронзы изготавливают лишь зубчатый венец, а дискколеса из чугуна или углеродистой стали. Основными параметрами червячногоредуктора являются: передаточное число, межцетровое расстояние, число витковчервяка, модуль зацепления. КПД возрастает с увеличением числа витков червяка ис уменьшением коэффициента трения (или угла трения ).
Цилиндрическийредуктор.
Цилиндрическиередукторы — большая группа редукторов, характеризующаяся применяемым в нихзацеплением — цилиндрическими зубчатыми передачами.
Порасстоянию между осями входного и выходного валов бывают соосные и редукторы спараллельными валами. Соосными считаются редукторы с расстоянием между осямивходного и выходного валов меньшим, чем межосевое расстояние передач, такимобразом, соосными могут быть редукторы с числом ступеней от двух и выше,входной и выходной валы этих редукторов направлены в разные стороны.
Поспособу установки — на лапах, на фланце или насадное исполнение (редуктор сполым выходным валом).
Преимуществацилиндрических редукторов и построенных на них приводов.
1.Высокий КПД редуктора.
2.Высокая нагрузочная способность. Цилиндрические редукторы соответствующихгабаритов способны передавать почти без потерь большую мощность.
3.Низкий люфт выходного вала, вследствие этого кинематическая точностьцилиндрических редукторов выше, чем червячных.
4.Низкий нагрев вследствие высокого КПД передач – почти вся энергия нерассеивается, а передаётся от источника к потребителю.
5.Обратимость при любом передаточном числе, иначе говоря, отсутствиесамоторможения. У любого цилиндрического редуктора можно провернуть выходнойвал.
6.Уверенная работа при неравномерных нагрузках, а так же при частыхпусках-остановах. Это свойство диктует целесообразность примененияисключительно цилиндрических редукторов в приводах дробилок, измельчителей,шредеров и прочих машин с пульсирующими нагрузками на рабочих органах.
7.Высокая надёжность.
8.Благодаря большой степени вариативности зубчатых передач, имеется возможностьподобрать редуктор с наиболее близким к требуемому передаточным отношением.
Недостаткицилиндрических редукторов
1.Низкое передаточное число на одной ступени.
2.Уровень шума. Цилиндрические редукторы — более шумные по сравнению счервячными.
3.Обратимость (отсутствие самоторможения). Это является недостатком в том случае,когда необходимо отсутствие возможности поворота выходного вала внешнейнагрузкой.
Применениецилиндрических редукторов
Благодарявсем своим достоинствам цилиндрический редуктор – лидер по распространённостисреди редукторов. Цилиндрические редукторы устанавливаются в приводахизмельчителей, мешалок, экструдеров, металлорежущих станков, валковогооборудования и т. д., и т. п.
Ограниченийк применению нет, кроме специальных случаев, в которых целесообразнееприменение других типов редукторов – например, когда требуется угловаякомпоновка привода, когда необходимо большое передаточное число в сочетании снебольшими габаритами или когда нужно достичь особой плавности хода приводимогомеханизма.
Изредукторов рассматриваемого типа наиболее распространены горизонтальные (рис.3). Вертикальный одноступенчатый редуктор показан на рис 4. Выборгоризонтальной или вертикальной схемы для всех типов
редукторовобусловлен удобством общей компоновки привода (относительным расположениемдвигателя и рабочего вала приводимой в движение машины и т. д.).
/>
Рис.2. Кинематическая схема цилиндрического редуктора.
/>
Рисунок1.1 Одноступенчатый горизонтальный редуктор с цилиндрическими зубчатыми колесами.Кинематическая схема.
/>
Рисунок1.2 Одноступенчатый вертикальный редуктор с цилиндрическими колесами.Кинематическая схема.
Какгоризонтальные, так и вертикальные редукторы могут иметь колеса с прямыми,косыми или шевронными зубьями. Корпуса чаще выполняют литыми чугунными, реже —сварными стальными. При серийном производстве целесообразнее применять литыекорпуса. Валы монтируют на подшипниках качения или скольжения. Последние обычноприменяют в тяжелых редукторах.
Максимальноепередаточное число одноступенчатого цилиндрического редуктора (по ГОСТ 2185—66)Uвых = 12,5. Поэтому практически редукторы с передаточными числами, близкими кмаксимальным, применяют редко, ограничиваясь и < 6.
2.Сварные соединения
Терминыи определения основных понятий в области сварки устанавливает ГОСТ 2601-84 (вред. 1992 г.). Термины, установленные стандартом, обязательны для применения вдокументации всех видов, научно-технической, учебной и справочной литературе.
Сварноесоединение — неразъемное соединение, выполненное сваркой. Обычноприменяется для соединения металлов, их сплавов или термопластов, а также вмедицине. Для производства сварки используются различные источники энергии:электрическая дуга, газовое пламя, лазерное излучение, электронный луч, трение,ультразвук. Развитие технологий позволяет в настоящее время осуществлять сваркуне только на промышленных предприятиях, но и на открытом воздухе, под водой идаже в космосе. Производство сварочных работ сопряжено с опасностью возгораний,поражений электрическим током, отравлений вредными газами, облучениемультрафиолетовыми лучами и поражением глаз.
Сварноесоединение (рис. 1.1) включает три образующиеся в результате сварки характерныезоны металла в изделии: зону сварного шва 1, зону сплавления 2, зону термическоговлияния 3, а также часть основного металла 4, прилегающую к зоне термическоговлияния.
/>
Рис.1.1. Сварное соединение
Сварнойшов — участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизациирасплавленного металла.
Металлшва — сплав, образованный расплавленным основным и наплавленным металлами илитолько переплавленным основным металлом.
Основнойметалл — металл подвергающихся сварке соединяемых частей.
Зонасплавления — зона, где находятся частично оплавленные зернаметалла на границе основного металла и металла шва. Эта зона нагрева ниже температурыплавления. Нерасплавленные зерна в этой зоне разъединяются жидкими прослойками,связанными с жидким металлом сварочной ванны и в эти прослойки имеютвозможность проникать элементы, введенные в ванну с дополнительным металлом илисварочными материалами. Поэтому химический состав этой зоны отличен отхимического состава основного металла.
Зонатермического влияния — участок основного металла, неподвергшийся расплавлению, структура и свойства которого изменились врезультате нагрева при сварке, наплавке или резке.
Типсварного соединения определяет взаимное расположениесвариваемых элементов. Различают: стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные иторцовые сварные соединения.
Стыковоесоединение — сварное соединение двух элементов, примыкающихдруг к другу торцовыми поверхностями и расположенных в одной плоскости или наодной поверхности (рис. 1.2). Поверхности элементов могут быть несколькосмещены при соединении листов разной толщины (см. рис. 1.2, б).
/>
Рис.1.2. Стыковые соединения
Угловоесоединение — сварное соединение двух элементов, расположенныхпод углом и сваренных в месте примыкания их краев (рис. 1.3).
/>
Рис.1.3. Угловые соединения
Тавровоесоединение — сварное соединение, в котором торец одногоэлемента примыкает под углом и приварен к боковой поверхности другого элемента(рис. 1.4).
/>
Рис.1.4. Тавровые соединения
Нахлесточноесоединение — сварное соединение, в котором сваренные элементырасположены параллельно и частично перекрывают друг друга (рис. 1.5, а, б).Отсутствие опасности прожогов при сварке облегчает применениевысокопроизводительных режимов сварки. Применение нахлесточных соединенийоблегчает сборку и сварку швов, выполняемых при монтаже конструкций (монтажныхшвов).
Торцовоесоединение — сварное соединение, в котором боковые поверхностисваренных элементов примыкают друг к другу (рис. 1.5, е).
/>
Рис.1.5. Нахлесточные (а, б) и торцовое соединения (в)
Сварныешвыподразделяют по разным признакам: по типу шва, по протяженности, по способувыполнения, по пространственному положению и по форме разделки кромок.
Потипу сварные швы делят на стыковые, угловые и прорезные.
Стыковойшов - сварной шов стыкового соединения. Угловой шов — сварной шов углового, нахлестанного или таврового соединений. Прорезнойшов (рис. 1.6) получается в результате полного проплавления верхнего, аиногда и последующих листов, и частичного проплавления нижнего листа (детали).Частным случаем прорезного шва является точечный или пробочный шов (электрозаклепка- при дуговой сварке) (рис. 1.6, г). Прорезные швы при приварке толстого листа(рис. 1.6, д) могут выполняться по заранее выполненным отверстиям в верхнемлисте (при точечном шве) или прорези (при непрерывном шве).
Различаютследующие характеристики сварного шва: ширину, выпуклость, вогнутость и кореньшва.
/>
Рис.1.6. Прорезные швы
Попротяженности сварные швы подразделяют на непрерывные и прерывистые.Стыковые сварные швы, как правило, выполняют непрерывными.
Поспособу выполнения различают сварку: одностороннюю и двустороннюю,однослойную и многослойную. Одностороннюю сварку стыкового сварногосоединения выполняют со сквозным проплавлением кромок на подкладке или безподкладки (на весу). Двустороннюю сварку выполняют с зачисткой(удалением) корня шва (механической обработкой) перед сваркой обратной сторонысварного соединения или без зачистки корня шва. При двусторонней сваркезачастую приходится кантовать изделие или вести сварку в трудном потолочномположении.
Многослойныйшовприменяют при сварке металла большой толщины, а также для уменьшения зонытермического влияния. Под слоем сварного шва (I—IV на рис. 1.7) понимают частьметалла сварного шва, которая состоит из одного или нескольких валиков (1-5 нарис. 1.7), располагающихся на одном уровне поперечного сечения шва. Валик — металл сварного шва, наплавленный за один проход. Под проходом при сваркеподразумевается однократное перемещение в одном направлении источника тепла присварке или наплавке.
/>
Рис.1.7. Многослойный шов
Попространственному положению с учетом требований международных стандартовразличают следующие сварные швы: горизонтальные (на вертикальной плоскости),вертикальные, потолочные и швы, сваренные в нижнем положении (рис. 1.8, 1.9).Схемы сварки, стыков труб с горизонтальной, вертикальной или наклоненной осьюпоказаны на рис. 1.9.
/>
Рис.1.8. Положение шва при сварке стыковых (а) и тавровых (б) соединений листов:
/>
Рис.1.10. Положение шва при сварке стыковых (а) и угловых (б) соединений труб.
ГОСТ19521-74 устанавливает классификацию сварки металлов по основным физическим,техническим и технологическим признакам.
Ктехническим признакам относятся: способ защиты металла в зоне сварки,непрерывность сварки, степень механизации сварки.
Физическиепризнаки, в зависимости от формы энергии, используемой дляобразования сварного соединения, подразделяются на три класса: термический, термомеханическийи механический.
Термическийкласс. К термическому классу сварки относятся соединения,получаемые местным плавлением поверхностей при помощи тепловой энергии. Теплодля сварки можно получить при помощи электрической дуги (дуговая сварка), от сгораниягазовой смеси (газовая сварка), электронным или фотонным лучом(электронно-лучевая или лазерная сварка), сжиганием термитной смеси (термитнаясварка), при прохождении электрического тока через расплавленный металл(электрошлаковая сварка) и т.д.
Термомеханическийкласс. К нему относятся всевиды сварки,осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления. Это контактнаясварка (основные разновидности — контактной сварки: точечная контактная сварка,стыковая сварка, рельефная сварка, шовная сварка), диффузионная сварка, кузнечнаясварка, сварка высокочастотными токами, сварка трением.
Механическийкласс: сварка взрывом, ультразвуковая сварка металлов, холоднаясварка.
Технологическиепризнаки установлены ГОСТ 19521-74 для каждого способа сваркиотдельно.
Прочностьсоединения существенно зависит от усилия сжатия и степени деформациисвариваемых деталей.
Литература
1. Курсовоепроектирование деталей машин. / С. А. Чернавский. – М.: Машиностроение, 1988.
2. РешетовД.Н. Детали машин: Учебник для вузов. М.: Infanata, 1989.
3. ГОСТ19521-74 Сварка металлов. Классификация.
4. Технологияи оборудование сварки плавлением и термической резки: Учебник для вузов.А.И.Акулов, В.П. Алехин, С.И.Ермаков и др. М.: Машиностроение, 2003.
5. http://www.shonai-cit.ac.jp/center/TIG.JPG