Метрология. Средства измерения. Типы назначения и их характеристика

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1.Общие сведения о редукторах

1.1.Конструкция редуктора

1.2.Смазка и смазочные материалы

1.3.Мотор-редуктор

2.Метрология. Средства измерения. Типы назначения и их характеристика

2.1.Метрология

2.2.Физические свойства, величины

2.3.Методы измерений

2.4.Средства измерений

3.Узел цилиндрического редуктора

3.1.Цилиндрические передачи

3.2.Кинематические схемы

4. Допуски и посадки

4.1.Основные понятия

4.2.Выбор посадок. Расчет допусков и предельных отклонений

4.3.Соединение зубчатого колеса с валом

4.4.Соединение мазе-удерживающего кольца с валом

4.5.Соединение торцевой крышки с корпусом



Введение

Основная задача метрологии как деятельности заключается в обеспечении единства измерений. Метрология, как научное направление, охватывает широкий диапазон вопросов начиная от теоретических проблем и заканчивая конкретными практическими задачами. На базе теоретических предпосылок метрологии математически строго обоснованы и юридически закреплены практические рекомендации, касающиеся всех аспектов измерения.

Однако в современном, динамично развивающемся обществе, стандартизация, метрология и сертификация в том виде, как это присутствовало в плановой экономике, не только не подходили для новых условий работы, но и фактически делали невозможным интеграцию России в цивилизованное мировое сообщество. Если за рубежом еще в 80-ых годах ведущие компании поняли, что успех бизнеса прежде всего определяется качеством продукции и услуг, то в нашей стране экономическая и политическая ситуация заставила прийти к такому выводу совсем недавно. Сегодня и производитель товара или поставщик услуги, и их торговый представитель, желающие победить в конкурентной борьбе и поднять репутацию торговой марки, заинтересованы в выполнении не только обязательных, но и рекомендательных требований стандартов, преднамеренно повышая для себя планку качества. Таким образом, стандарт становится дополнительным стимулом повышения конкурентно способности товара или услуги, что в конечном итоге положительно отразится на их потребительских свойствах.

Итак, переход страны к рыночной экономике с присущей ей конкуренцией и борьбой за доверие потребителя заставляет специалистов шире использовать методы и правила стандартизации, метрологии и сертификации.



1.Общие сведения о редукторах

Редуктором называют зубчатый, червячный или зубчато-червячный передаточный механизм выполненный в закрытом корпусе и предназначенный для понижения угловой скорости, а следовательно повышения вращающего момента.

Подобные механизмы, но используемые для повышения угловой скорости называются мультипликаторами.

В случае необходимости регулирования скорости на выходном валу механизма, его передаточное отношение можно сделать изменяющимся путем осевого сдвига и перераспределения некоторых зубчатых колес. При этом отдельные передачи и весь механизм могут работать как в режиме редуктора, так и в режиме мультипликатора, такие конструкции называют коробками скоростей.

Редукторы условно делятся по различным признакам:

I) По типу передачи редукторы могут быть зубчатые с простыми передачами (цилиндрическими, коническими, червячными), зубчатые, планетарные, волновые, и комбинированные.

II) В зависимости от числа пар звеньев в зацеплении редукторы бывают:

1) одноступенчатые

2) двухступенчатые

3) трехступенчатые

III) По расположению осей валов в пространстве различают редукторы:

1) с параллельными осями

2) с соосными осями

3) с пересекающимися осями

4) с перекрещивающимися осями

Наибольшее распространение получили простые цилиндрические двухступенчатые редукторы. Их применяют в диапазоне передаточных отношений (i=8...40). В трехступенчатых цилиндрических зубчатых редукторах передаточное отношение равно 43...200. Для понижения угловой скорости с большими значениями передаточных отношений используют волновые зубчатые редукторы (i=80...315 на одну скорость) или многоступенчатые планетарные, а так же комбинированные редукторы, у которых в зависимости от сочетания передач и числа ступеней значение передаточного отношения практически не ограничено.

Выбор типа редуктора в первую очередь зависит от общей компоновки привода, для которого предназначен редуктор, и таких факторов, как передаточное отношение, взаимное расположение осей входного и выходного валов, ограничения по габаритам и массе, требований монтажа и эксплуатации.

1.1 Конструкция редуктора

Редуктор состоит из литого чугунного корпуса в котором смонтированы подшипниковые узлы служащие опорами для валов редуктора. Корпус закрыт крышкой. В верхней части крышки имеется закрываемое смотровой крышкой отверстие, предназначенное для осмотра внутренней части редуктора и заливки масла. При сборке редуктора крышка прикрепляется к корпусу болтами. Размещение опор валов редуктора в жестком чугунном корпусе обеспечивает высокую точность зацепления зубчатых и червячных передач. Для защиты подшипников от попадания пыли и грязи, а так же для предупреждения утечки смазки из корпуса редуктора применяют уплотнение подшипниковых узлов.

1.2 Смазка и смазочные материалы

Смазка редукторов понижает потери мощности на трение в зацеплении и подшипниках, значительно снижает износ трущихся поверхностей и предохраняет от коррозии. Смазку зубчатых и червячных зацеплений редуктора осуществляют погружением зубчатого колеса или червяка в масло, заливаемое в картер редуктора. Достаточен такой уровень масла в редукторе, при котором обеспечено погружение зубчатого колеса на высоту зуба. Объем масляной ванны = 0,4/0,8 литра на один киловатт передаваемой мощности.

В некоторых случаях чтобы избежать чрезмерного погружения колес в масло применяют специальные смазочные шестерни, кольца, брызговики или отдельные смазочные ванны. Подшипники смазывают жидким маслом поступающим из общей масленой ванны путем разбрызгивания или при малых скоростях различными пластичными мазями герметизирующими узлы трения и хорошо <заполняющими зазоры.

1.3 Мотор-редуктор

Мотор-редуктор представляет собой агрегат, в котором конструктивно объединены любой тип редуктора и электродвигатель. Такая компоновка приводов обладает рядом преимуществ: небольшими габаритными размерами и массой на единицу передаваемого момента; возможностью достижения большей точности расположения вала электродвигателя относительно вала редуктора; уменьшенным общим количеством деталей; удобством при монтаже двигателя и др.

метрологии редуктор допуски измерения



2. Метрология. Средства измерения. Типы назначения и их характеристика

2.1 Метрология

Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства, и способах достижения требуемой точности.

Таким образом, метрология включает три взаимосвязанные проблемы: реализация процессов измерения; обеспечение их единства; методы и средства измерений.

Основными задачами метрологии согласно РМГ 29-99 являются:

Установление единиц физических величин;

Установление государственных эталонов и образцовых средств измерений;

Разработка теории, методов и средств измерения, и контроля;

Обеспечение единства измерений;

Разработка методов оценки погрешностей, состояния средств измерения и контроля;

Разработка методов передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.

Законодательная база метрологии включает следующие основные документы:

Закон РФ "Об обеспечении единства измерений"

РМГ 29-99. "Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения."

МИ 2247-93 ГСИ." Метрология. Основные термины и определения."

ГОСТ 8.417-2002 "ГСИ. Единицы физических величин."

ПР 50.2.006-94 "ГСИ. Поверка средств измерений. Организация и порядок проведения."

ПР 50.2.009-94 "ГСИ. Порядок проведения испытаний и утверждения типа средств измерения "

ПР 50.2.014-94 "ГСИ. Аккредитация метрологических служб юридических лиц на право поверки средств измерений."

МИ 2277-94 "ГСИ. Система сертификации средств измерений. Основные положения и порядок проведения работ."

ПР 50.2.002-94 "ГСИ. Порядок осуществления государственного метрологического надзора за выпуском, состоянием и применением средств измерений, аттестованными методиками выполнения измерений, эталонами и соблюдением метрологических правил и норм."

Закон "Об обеспечении единства измерений" осуществляет регулирование отношений, связанных с обеспечением единства измерений в Российской Федерации, в соответствии с Конституцией РФ. В Законе устанавливаются: основные применяемые понятия, такие как: организационная структура государственного управления обеспечением единства измерений; нормативные документы по обеспечению единства измерений; единицы величин и государственные эталоны единиц величин; средства и методики измерений. Закон устанавливает Государственную метрологическую службу и другие службы обеспечения единства измерений, метрологические службы государственных органов управления и юридических лиц, а также виды и сферы распределения государственного метрологического контроля и надзора. Закон отражает установление в РФ рыночных отношений, определяя основы деятельности метрологических служб государственных органов управления и юридических лиц. Вопросы деятельности структурных подразделений метрологических служб на предприятиях выведены за рамки законодательной метрологии и регулируются экономическими методами.

В сферах, которые напрямую не контролируются государственными органами, действует Российская система калибровки, также направленная на обеспечение единства измерений. Система калибровки - совокупность субъектов деятельности и калибровочных работ, направленных на обеспечение единства измерений в сферах, не подлежащих государственному метрологическому контролю и надзору и действующих на основе установленных требований к организации и проведению калибровочных работ. Закон обеспечивает взаимодействие с международной и национальными системами измерений. Это позволяет достигнуть взаимного признания результатов испытаний, калибровки и сертификации, а также использовать мировой опыт и тенденции развития современной метрологии. Существуют и другие законодательные, акты и документы по стандартизации, относящиеся к законодательной базе метрологии.

2.2 Физические свойства, величины

Как уже было сказано, метрология - область знания и вид деятельности, связанные с измерением. Обычным объектом измерений являются физические величины.

Физической величиной называется одно из свойств физического объекта (явления, процесса), которое является общим в качественном отношении для многих физических объектов, отличаясь при этом количественным значением.

Качественная характеристика физической величины определяется тем, какое свойство материального объекта или какую особенность материального мира эта величина характеризует (твердость, надежность, прочность и т. п.).

Для выражения количественного содержания свойства конкретного объекта употребляется понятие «размер физической величины», который устанавливается в процессе измерения.

Физические величины разделяют на измеряемые и оцениваемые. Измеряемые величины могут быть выражены количественно в установленных единицах измерения. Величины, для которых не может быть введена единица измерения, относятся к оцениваемым. Оцениваемые величины производятся при помощи установленной шкалы.

Физические величины классифицируют по видам явлений:

- вещественные, описывающие физические и физико-химические свойства веществ, материалов и изделий из них;

- энергетические, описывающие энергетические характеристики процессов преобразования, передачи и использования энергии;

- физические величины, характеризующие протекание процессов во времени.

Существуют другие уровни и подходы к классификации физических величин.

В последние десятилетия кроме физических величин в прикладной метрологии начали использоваться и так называемые нефизические величины. Это связано с применением термина «измерение» в экономике, информатике, управлении качеством.

2.3 Методы измерений

Измерение - процесс нахождения значения физической величины опытным путем с помощью средств измерения.

Результатом процесса является значение физической величины Q = qU , где q - числовое значение физической величины в принятых единицах; U - единица физической величины. Значение физической величины Q, найденное при измерении, называют действительным.

Принцип измерений - физическое явление или совокупность физических явлений, положенных в основу измерений. Например, измерение массы тела при помощи взвешивания с использованием силы тяжести, пропорциональной массе, измерение температуры с использованием термоэлектрического эффекта.

Метод измерений - совокупность приемов использования принципов и средств измерений.

Средствами измерений (СИ) являются используемые технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства.

Существует различные виды измерений. Классификацию видов измерения проводят, исходя из характера зависимости измеряемой величины от времени, вида уравнения измерений, условий, определяющих точность результата измерений и способов выражения этих результатов.

По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения выделяют статические и динамические измерения.

Статические - это измерения, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени. Такими измерениями являются, например, измерения размеров изделия, величины постоянного давления, температуры и др.

Динамические - это измерения, в процессе которых измеряемая величина изменяется во времени, например, измерение давления и температуры при сжатии газа в цилиндре двигателя.

По способу получения результатов, определяемому видом уравнения измерений, выделяют прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения.

Прямые - это измерения, при которых искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных. Прямые измерения можно выразить формулой Q = X, где Q - искомое значение измеряемой величины, а X - значение, непосредственно получаемое из опытных данных. Примерами таких измерений являются: измерение длины линейкой или рулеткой, измерение диаметра штангенциркулем или микрометром, измерение угла угломером, измерение температуры термометром и т.п.

Косвенные - это измерения, при которых значение величины определяют на основании известной зависимости между искомой величиной и величинами, значения которых находят прямыми измерениями. Таким образом, значение измеряемой величины вычисляют по формуле Q = F(x1, x2 ... xN), где Q - искомое значение измеряемой величины; F - известная функциональная зависимость, x1, x2, … , xN - значения величин, полученные прямыми измерениями. Примеры косвенных измерений: определение объема тела по прямым измерениям его геометрических размеров, нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения, измерение среднего диаметра резьбы методом трёх проволочек и т.д. Косвенные измерения широко распространены в тех случаях, когда искомую величину невозможно или слишком сложно измерить прямым измерением. Встречаются случаи, когда величину можно измерить только косвенным путём, например размеры астрономического или внутриатомного порядка.

Совокупные - это такие измерения, при которых значения измеряемых величин определяют по результатам повторных измерений одной или нескольких одноименных величин при различных сочетаниях мер или этих величин. Значение искомой величины определяют решением системы уравнений, составляемых по результатам нескольких прямых измерений.

Совместные - это измерения, производимые одновременно двух или нескольких разноименных величин для нахождения функциональной зависимости между ними. Примерами совместных измерений являются определение длины стержня в зависимости от его температуры или зависимости электрического сопротивления проводника от давления и температуры.

По условиям, определяющим точность результата, измерения делятся на три класса.

1. Измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне техники. В этот класс включены все высокоточные измерения и в первую очередь эталонные измерения, связанные с максимально возможной точностью воспроизведения установленных единиц физических величин. Сюда относятся также измерения физических констант, прежде всего универсальных, например измерение абсолютного значения ускорения свободного падения.

2. Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторого заданного значения. В этот класс включены измерения, выполняемые лабораториями государственного контроля (надзора) за соблюдением требований технических регламентов, а также состоянием измерительной техники и заводскими измерительными лабораториями. Эти измерения гарантируют погрешность результата с определенной вероятностью, не превышающей некоторого, заранее заданного значения.

3. Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений. Примерами технических измерений являются измерения, выполняемые в процессе производства на промышленных предприятиях, в сфере услуг и др.

В зависимости от способа выражения результатов измерений различают абсолютные и относительные измерения.

Абсолютными называют измерения, которые основаны на прямых измерениях одной или нескольких основных величин или на использовании значений физических констант. Примерами абсолютных измерений являются: определение длины в метрах, силы электрического тока в амперах, ускорения свободного падения в метрах на секунду в квадрате.

Относительными называют измерения, при которых искомую величину сравнивают с одноименной величиной, играющей роль единицы или принятой за исходную. Примерами относительных измерений являются: измерение диаметра обечайки по числу оборотов мерного ролика, измерение относительной влажности воздуха, определяемой как отношение количества водяных паров в 1 куб.м воздуха к количеству водяных паров, которое насыщает 1 куб.м воздуха при данной температуре.

В зависимости от способа определения значений искомых величин различают два основных метода измерений метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.

Метод непосредственной оценки - метод измерения, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия. Примерами таких измерений являются: измерение длины с помощью линейки, размеров деталей микрометром, угломером, давления манометром и т. д.

Метод сравнения с мерой - метод измерения, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Например, для измерения диаметра калибра оптиметр устанавливают на нуль по блоку концевых мер длины, а результат измерения получают по показанию стрелки оптиметра, являющегося отклонением от нуля. Таким образом, измеряемая величина сравнивается с размером блока концевых мер. Существуют несколько разновидностей метода сравнения:

а) метод противопоставления, при котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, позволяющий установить соотношение между этими величинами, например измерение сопротивления по мостовой схеме с включением в диагональ моста показывающего прибора;

б) дифференциальный метод, при котором измеряемую величину сравнивают с известной величиной, воспроизводимой мерой. Этим методом, например, определяют отклонение контролируемого диаметра детали на оптиметре после его настройки на нуль по блоку концевых мер длины;

в) нулевой метод - также разновидность метода сравнения с мерой, при котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля. Этим методом измеряют электрическое сопротивление по схеме моста с полным его уравновешиванием;

г) при методе совпадений разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, определяют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов. Например, при измерении штангенциркулем используют совпадение отметок основной и нониусной шкал.

В зависимости от способа получения измерительной информации, измерения могут быть контактными и бесконтактными.

В зависимости от типа, применяемых измерительных средств, различают инструментальный, экспертный, эвристический и органолептический методы измерений.

Инструментальный метод основан на использовании специальных технических средств, в том числе автоматизированных и автоматических.

Экспертный метод оценки основан на использовании суждений группы специалистов.

Эвристические методы оценки основаны на интуиции.

Органолептические методы оценки основаны на использовании органов чувств человека. Оценка состояния объекта может проводиться поэлементными и комплексными измерениями. Поэлементный метод характеризуется измерением каждого параметра изделия в отдельности. Например, эксцентриситета, овальности, огранки цилиндрического вала. Комплексный метод характеризуется измерением суммарного показателя качества, на который оказывают влияние отдельные его составляющие. Например, измерение радиального биения цилиндрической детали, на которое влияют эксцентриситет, овальность и др.; контроль положения профиля по предельным контурам и т. п.

2.4 Средства измерений

Измерения выполняются с применением технических средств. Необходимыми техническими средствами для проведения измерений являются меры и измерительные приборы.

Меры - средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. Меры наивысшего порядка точности называют эталонами.

Эталоны - средства измерений или их комплексы, обеспечивающие воспроизведение и хранение узаконенных единиц физических величин, а также передачу их размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерения.

Образцовые средства измерений - меры, измерительные приборы или преобразователи, утвержденные в качестве образцовых для поверки по ним других средств измерений.

Рабочие средства измерений - такие средства, которые применяют для измерений, не связанных с передачей размера единиц.



3. Узел цилиндрического редуктора

Цилиндрические редукторы являются наиболее простыми и наиболее распространенными в машиностроении и применяются для передачи вращения между параллельными или соосными валами. Валы зубчатых колес редукторов могут быть горизонтальными и все лежать в горизонтальной и в вертикальной плоскостях. В последнем случае редуктор представляет собой вертикальную конструкцию с валами, расположенными один над другим. Возможна также конструкция редуктора с вертикальными валами.

Рис. 1. Схемы одноступенчатого (а) и двухступенчатого (б) редукторов с одним и тем же передаточным отношением

Общее передаточное отношение цилиндрических редукторов зависит от числа ступеней передач.

Передаточное отношение одной пары зубчатых колес может доходить до 25, однако в одноступенчатых редукторах передаточное отношение не выбирается более 10. При большем передаточном отношении, исходя из условий минимального веса и габаритов редуктора, а также допустимых деформаций быстроходных валов, выбирают двухступенчатые редукторы. Это объясняется тем, что при большом передаточном отношении зубчатой пары габариты редуктора в основном определяются величиной последнего зубчатого колеса. Поэтому, если габариты редуктора имеют решающее значение, рационально применить большее число ступеней, тем самым уменьшив последнее зубчатое колесо и, следовательно, габариты редуктора (Рис. 1). Двухступенчатые редукторы могут иметь общее передаточное отношение 10-60. При передаточном отношении 60-400 применяются трехступенчатые, а при передаточном отношении 400-1800-четырёхступенчатые редукторы.

3.1 Цилиндрические передачи

Цилиндрические передачи в редукторах могут применяться в довольно широком диапазоне окружных скоростей, величины которых зависят от точности изготовления зубчатых колес. Допуски па цилиндрические передачи регламентирует ГОСТ 1643-56. Стандарт распространяется на цилиндрические зубчатые колеса с внешними и внутренними прямыми, косыми и шевронными зубьями с диаметром по делительной окружности до 5000 мм и модулями от 1 до 50 мм.

Установлено 12 степеней точности в порядке убывания точности, причем на 1-, 2- и 12-ю степени допуск не предусматривается. Это объясняется тем, что первые две степени точности предполагается использовать в будущем, при дальнейшем развитии техники, а 12-я степень необходима при распространении стандартов на зубчатые колеса, не подвергающиеся механической обработке.

Степень точности по ГОСТ 1643-56	Характеристика передач	Окружная скорость в м/сек	Коэффициент полезного действия	Область применения
		Прямозубые колеса	Не прямозубые колеса
6	Высокоточные передачи	15	30	0,99	Скоростные передачи с большими нагрузками, передачи с точной согласованностью вращения
7	Точные передачи	10	15	0,98	Передачи, работающие с повышенными скоростями и умеренными нагрузками и наоборот
8	Передачи средней точности	6	10	0,96	Передачи общего назначения, не требующие особой точности
9	Передачи пониженной точности	2	4	0,94	Тихоходные передачи для грубых машин

Наибольшее распространение получили 6-, 7-, 8- и 9-я степени точности передач. Значения окружных скоростей, рекомендуемые для зубчатых колес различной степени точности, и область их применения приведены в табл. 2.

Хотя максимальные окружные скорости прямозубых колес могут доходить до 15 м/сек, наиболее часто применяются скорости до 5 м/сек. Одним из достоинств прямозубой передачи является отсутствие осевых усилий.

Косозубые и шевронные зубчатые колеса в зависимости от качества изготовления могут применяться при окружных скоростях до 30 м/сек. Следует указать, что в последнее время особенно широкое распространение в редукторах получили косозубые передачи даже при малых окружных скоростях. Это объясняется их некоторыми преимуществами перед прямозубыми.

В косозубых передачах одновременно в зацеплении находится несколько зубьев, передача вращения происходит более плавно, уменьшаются динамические нагрузки, возникающие вследствие неточности изготовления колес.

Кроме того, в ряде случаев редукторы с косозубыми зубчатыми колесами имеют наименьший весовой показатель (отношение веса редуктора к крутящему моменту на тихоходном валу). В то же время изготовление косозубых колес не требует специального оборудования и оснастки.

Одним из недостатков косозубых передач является наличие осевого усилия, что вызывает необходимость усиления подшипниковых узлов и вала. Поэтому при больших осевых усилиях при передаче больших мощностей рационально применение более сложных шевронных передач, в которых осевые усилия скомпенсированы. Аналогично шевронным будут работать две параллельные косозубые передачи с разным направлением угла спирали зуба. Такие передачи, кроме перечисленных преимуществ, характерных для косозубых передач, создают равномерную нагрузку на опоры валов ввиду симметричного расположения колес на валу, что важно при больших сильно разнящихся величинах реакций в опорах.

Иногда в цилиндрических редукторах могут применяться зубчатые передачи с внутренним зацеплением. По сравнению с передачами наружного зацепления они имеют во много раз меньшее относительное скольжение рабочих поверхностей зубьев, поскольку относительная скорость слагается из разности абсолютных скоростей, меньшее удельное давление между рабочими поверхностями зубьев, так как контакт чаще всего происходит между вогнутой и выпуклой поверхностями зубьев и меньшие размеры при сравнительно большом передаточном отношении и малом межцентровом расстоянии. Однако зубчатые передачи с внутренним зацеплением не получили большого распространения, поскольку они более сложны в изготовлении и при их применении не обеспечивается достаточная жесткость валов вследствие консольного крепления колеса и шестерни. (Это указание не относится к редукторам некоторых специальных машин, например горных, где особое значение имеет сокращение габаритов).

3.2 Кинематические схемы

Кинематические схемы некоторых наиболее распространенных цилиндрических редукторов общего назначения приведены на Рис. 2. На всех схемах ведущий и ведомый валы соответственно обозначены Б и Т (быстроходный, тихоходный).

На Рис. 2, а показана схема самого простого одноступенчатого редуктора. Редуктор может иметь четыре различных исполнения, отличающихся взаимным расположением выведенных концов ведомого и ведущего валов. Более сложные многоступенчатые редукторы (кроме соосных) также могут иметь различные сборки.

Рис. 2. Кинематические схемы цилиндрических редукторов общего назначения

Наиболее простая конструкция двухступенчатого редуктора (Рис. 2, б) имеет несимметричное расположение зубчатых колес относительно опор, что вызывает увеличение неравномерности распределения нагрузки по ширине колеса, вследствие чего увеличивается расчетный крутящий момент передачи. Для уменьшения неравномерности распределения нагрузки валы зубчатых колес должны обладать достаточной жесткостью, причем это особенно необходимо при высоких твердостях рабочих поверхностей зубьев или при резко меняющейся по величине нагрузке, так как в этих случаях отсутствуют условия выравнивания нагрузки в результате приработки.

Редуктор, приведенный на Рис. 2, б, может, быть выполнен с прямозубыми и косозубыми колесами. В случае применения последних углы наклона зубьев на колесах промежуточного вала принимаются одинакового направления, как показано на фигуре, так как при этом осевые усилия на колесах направлены в противоположные стороны, вследствие чего уменьшается суммарное осевое усилие, воспринимаемое подшипником.

На Рис. 2, в изображена схема трехступенчатого редуктора. Первый вал быстроходной передачи здесь изготовлен с двумя шестернями, из которых работает только одна. Однако при износе зубьев шестерни (шестерня, вращаясь быстрее колеса, изнашивается быстрее) можно вал повернуть и ввести в зацепление с колесом вторую резервную шестерню. Этим достигается повышение долговечности редуктора.

Такую же резервную шестерню на валу можно установить (или изготовить заодно с валом) и в редукторе, схема которого приведена на Рис. 2, б.

На Рис. 5, г представлена схема соосного редуктора, которая во многих случаях предпочтительней других схем, так как дает большие преимущества при компоновке машин. Однако, если редукторы, приведенные на Рис. 2, а, б, в, легко выполнить двухсторонними, выведя концы входных и выходных валов на обе стороны, то соосные редукторы этого не допускают. Поэтому редукторы первых трех типов более универсальны с точки зрения расположения на машине, чем соосные. Кроме того, недостатком соосного редуктора являются большая ширина и несимметричное расположение колес относительно опор.

Схема, представленная на Рис. 2, д, выгодно отличается от схемы, приведенной на Рис. 2, б, так как здесь осуществлено симметричное расположение опор наиболее нагруженной тихоходной передачи относительно колес. Для обеспечения равномерного распределения передаваемой мощности между обеими параллельными парами быстроходной передачи обе половины раздвоенной шестерни выполняются косозубыми с противоположными углами наклона зубьев, а подшипники конструируются таким образом, чтобы вал шестерни имел возможность осевого перемещения. При этом осевые усилия на обеих половинах шестерни направлены в противоположные стороны, как показано па Рис. 2, б, и шестерня сама находит положение, при котором осевые силы на обеих половинах уравновешиваются. Так как окружные усилия в косозубой передаче пропорциональны осевым, то передаваемая мощность распределяется при этом равномерно между параллельными парами быстроходных передач.

Это же равенство передаваемой мощности на параллельных парах колес имеет место и в редукторе, схема которого приведена на Рис. 2, е, где раздвоена тихоходная передача. При этом колеса быстроходной передачи должны быть приняты прямозубыми, чтобы промежуточный вал имел возможность свободно перемещаться в осевом направлении и находить себе положение, при котором нагрузки, передаваемые параллельными парами колес тихоходной передачи, будут равны.

Однако так как динамические усилия возрастают с увеличением окружной скорости, а в косозубых передачах динамические усилия значительно меньше, чем в прямозубых, то быстроходную передачу выгодней конструировать косозубой. По этим причинам схема, приведенная на Рис 2, е, менее рациональна, чем та, что приведена на Рис. 2? д по она может быть улучшена, если первую быстроходную передачу принять шевронной и дать возможность осевого перемещения также и валу шестерни быстроходной ступени.

Соосный редуктор также может быть выполнен с раздвоенной передачей (Рис. 2, ж), вследствие чего размеры колес и редуктора могут быть значительно сокращены. Однако надо отметить, что данную схему редуктора нельзя рекомендовать, поскольку практически из-за ошибок в шаге зубьев колес невозможно обеспечить равномерную загрузку раздвоенных передач.

Этого недостатка лишена схема, приведенная на Рис. 2, з, у которой на быстроходном валу посажены две косозубые шестерни с противоположными углами наклона зубьев, а вал имеет возможность осевого перемещения. Поэтому при работе редуктора вал сам найдет положение, при котором нагрузка на шестерни уравновесится.

На Рис. 2, и приведена схема трехступенчатого редуктора с раздвоенной быстроходной и тихоходной передачами. Для равномерного распределения нагрузки между параллельными передачами необходимо, чтобы один из валов быстроходной и тихоходной передачи имел свободу осевого перемещения.

Чрезвычайно большое распространение цилиндрических редукторов общего назначения определило установление стандартов на основные параметры редукторов (ГОСТ 2185-55).

Стандарты распространяются на одно-, двух- и трехступенчатые редукторы, выполненные в виде самостоятельных узлов с цилиндрическими прямозубыми, косозубыми или шевронными зубчатыми колесами внешнего зацепления. На редукторы специального назначения гост не распространяется.

При проектировании их приходится не только определять прочные размеры передач, но и находить рациональные параметры редуктора (число зубьев, межосевые расстояния, передаточные числа, материалы, ширину колес и т. д.).

ГОСТ 2185-55 устанавливает величину межцентрового расстояния передач разных типов стандартных редукторов.

Значения коэффициента ширины зуба могут выбираться из следующего ряда (ГОСТ 2185-55): 0,20; 0,25, 0,30; 0,40; 0,50; 0,60; 0,80; 1,0; 1,2.



4. Допуски и посадки

4.1 Основные понятия

Допуск (Т) размера - это разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или абсолютное значение алгебраической разности между верхним и нижним отклонениями.

Допуск всегда положителен. Он определяет допускаемое поле рассеяния действительных размеров годных деталей в партии, т. е. заданную точность изготовления. С уменьшением допуска качество изделий, как правило, улучшается, но стоимость производства увеличивается.

Для наглядного представления размеров, предельных отклонений и допусков, а также характера соединений используют графическое, схематическое изображение полей допусков, располагаемых относительно нулевой линии (рис. 3.1).

Нулевая линия - это линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладываются отклонения размеров при графическом изображении допусков и посадок. При горизонтальном расположении нулевой линии положительные отклонения откладываются вверх от нее, а отрицательные - вниз.

Поле допуска - это поле, ограниченное верхним и нижним отклонениями. Поле допуска определяется величиной допуска, а его положение относительно номинального размера определяется основным отклонением.

Основное отклонение(Eo) - одно из двух отклонений (верхнее или нижнее), определяющее положение поля допуска относительно нулевой линии. Основное отклонение - это ближайшее расстояние от границы поля допуска до нулевой линии.

Рис. 3. Поля допусков отверстия и вала при посадке с зазором (отклонения отверстия положительны, отклонения вала отрицательны)

В готовых изделиях детали в большинстве случаев сопрягаются по своим формообразующим поверхностям, образуя соединения. Две или несколько подвижно или неподвижно соединяемых деталей называют сопрягаемыми. Поверхности, по которым происходит соединение деталей, называются сопрягаемыми поверхностями. Остальные поверхности называют несопрягаемыми (свободными). В соответствии с этим различают размеры сопрягаемых и несопрягаемых (свободных) поверхностей.

В соединении деталей, входящих одна в другую, есть охватывающие и охватываемые поверхности.

Охватывающую поверхность называют отверстие, охватываемую - вал (рис. 3.). Термины "отверстие" и "вал" относятся не только к цилиндрическим деталям. Они могут быть применены к охватывающим и охватываемым поверхностям любой формы, в том числе не замкнутым, например, к плоским (паз и шпонка).

Размеры отверстий обозначают любыми заглавными буквами, например: A, B, G, Б, Ц и т.д., валов - строчными: a, b, g, б, ц и т.д. Предельные размеры обозначают с индексами max - наибольший предельный размер, min - наименьший предельный размер, например: Amax, Bmin, amax, bmin. Предельные отклонения отверстий обозначают: верхнее - ES, нижнее - EI, валов - соответственно es и ei.

При решении других задач, например расчёта размерных цепей, предельные отклонения можно обозначать Es - верхнее отклонение, Ei - нижнее. Таким образом, для отверстия

ES = Dmax - D; EI = Dmin - D;

для вала

ES = dmax - d; ei = dmin - d;

для любого размера

Es = Amax - A; Ei = Amin - A или Es = amax - a; Ei = amin - a.

Допуски размеров охватывающей и охватываемой поверхностей называют соответственно допуском отверстия (TА) и допуском вала (Ta).

По степени свободы взаимного перемещения деталей различают следующие соединения:

а) неподвижные неразъемные соединения, в которых одна соединяемая деталь неподвижна относительно другой в течение всего времени работы механизма: соединения деталей сваркой, клепкой, клеем, соединения с гарантированным натягом (например, бронзового венца червячного колеса со стальной ступицей); первые три вида этих соединений разборке не подвергаются, а четвертый может разбираться лишь при крайней необходимости;

б) неподвижные разъемные соединения, отличающиеся от предыдущих тем, что в них возможно перемещение одной детали относительно другой при регулировке и разборке соединения при ремонте (например, крепежные резьбовые, шлицевые, шпоночные, клиновые и штифтовые соединения);

в) подвижные соединения, в которых одна соединяемая деталь во время работы механизма перемещается относительно другой в определенных направлениях.

В каждую из групп входит много разновидностей соединений, имеющих свои конструктивные особенности и свою область применения. В зависимости от эксплуатационных требований сборку соединений осуществляют с различными посадками.

Посадкой называется характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся в нем зазоров или натягов.

4.2 Выбор посадок. Расчет допусков и предельных отклонений

Выбор посадок для подвижных и неподвижных соединений проводят на основании расчетов, аналогичных данным соединениям, которые апробированы на практике, и экспериментальными следованиями в конкретных условиях работы соединения.

В большинстве случаев используют комплексный метод, учитывающий достоинства каждого. Посадки с зазором используют для подвижных и неподвижных соединений. В подвижных соединениях устанавливают гарантированный зазор, обеспечивающий взаимное перемещение сопрягаемых деталей, для размещения слоя смазки с учетом конкретных условий силовых и кинематических параметров работы сопряжения, теплового режима, требований к точности параметров геометрической формы, расположения и шероховатости поверхностей. Для ответственных поверхностей, работающих в условиях жидкостного трения, расчет гарантированных зазоров проводят на основании гидродинамической теории смазки. При работе сопряжения в условиях полужидкостного, полусухого и сухого трения выбор посадок проводят по аналогии с посадками, хорошо оправдавшими себя на практике. Выбор посадки для неподвижного соединения проводят так, чтобы наименьший зазор обеспечивал свободную сборку деталей и учитывал компенсацию допусков формы и расположения. Наибольший зазор в таких посадках рассчитывают из допусков эксцентриситета (е) для цилиндрических деталей или из допусков смещения осей для плоских деталей.

Требуемая неподвижность рассматриваемых посадок с зазором обеспечивается дополнительными крепежными средствами (шпонками, шлицами, болтами, штифтами и др.).

Переходные посадки предназначены для неподвижных, но разъемных соединений. К таким сопряжениям предъявляют высокие требования к центрированию деталей. Переходные посадки характерны тем, что образуют как зазоры, так и натяги.

Для обеспечения неподвижности соединения необходимо применять дополнительные крепежные средства. Натяги в переходных посадках имеют сравнительно небольшую величину и обычно не требуют расчета на прочность, за исключением тонкостенных деталей. Чем больше вероятность получения натягов, тем более прочной является посадка. Поэтому переходные посадки применяют для более точного центрирования деталей при ударных и вибрационных нагрузках, а иногда обходятся без дополнительного крепления. Стандартные поля допусков для переходных посадок находят широкое применение для посадочных поверхностей подшипников качения с посадочными поверхностями валов и корпусов изделия. Переходные посадки в основном используют в относительно точных квалитетах: в сопряжениях валов по 4-7-му и отверстий по 5-6-му. Выбор переходных посадок чаще всего производят по аналогии с хорошо работающими соединениями.

Посадки с натягом, как правило, применяют для неподвижных неразборных в процессе эксплуатации соединений без дополнительных крепежных средств. Неподвижность деталей при этих посадках достигается за счет напряжений, возникающих в поверхностных слоях сопряженных деталей.

В большинстве посадок с натягом действуют упругие деформации контактных поверхностных слоев. В этих посадках даже незначительные колебания величин натягов оказывают большое влияние на прочность соединения, характеризуемое усилием запрессовки или передающим крутящий момент. Поэтому при сборке соединений с натягом часто производят их сортировку на две или три группы по действительным размерам исходя из среднего натяга, который и принят за основную характеристику этих посадок. С этой же целью для неподвижных посадок используют квалитеты высокой точности, так же как и для переходных посадок.

При использовании посадок с натягом необходимо проводить их расчет и опытную проверку. В зависимости от конструктивных особенностей и эксплуатационных требований к сборке соединения деталей по посадке с натягом выполняют следующими способами: механическим - запрессовкой вала во втулку; термическим - разогревом втулки и охлаждением вала в средах с низкой температурой.

Полученные расчетом значения температуры должны быть уточнены с учетом интенсивности охлаждения втулки и повышения температуры вала в начальный момент надвигания втулки на вал.

В некоторых случаях используют комбинированный способ со сниженной температурой разогрева втулки, компенсируемой в виде дополнительной подпрессовки.

Посадка характеризует большую или меньшую свободу относительного перемещения или степень сопротивления взаимному смещению соединяемых деталей. Тип посадки определяется величиной и взаимным расположением полей допусков отверстия и вала. Номинальный размер отверстия и вала, составляющих соединение является общим и называется номинальным размером посадки.

Если размер отверстия больше размера вала, то их разность называется зазором (S), т.е.

S = D - d

больше или равно 0; если размер вала до сборки больше размера отверстия, то их разность называется натягом (N), т.е.

N = d - D > 0.

В расчетах натяг принимают как отрицательный зазор.

При расчёте посадок определяют предельные и средний зазоры или натяги. Наибольший (Smax), наименьший (Smin) и средний зазор (Sm), равны:

Smax = Dmax - dmin; Smin = Dmin - dmax; Sm = 0,5·(Smax + Smin).

Наибольший (Nmax), наименьший натяги (Nmin) и средний натяг (Nm) равны:

Nmax = dmax - Dmin; Nmin = dmin - Dmax; Nm = 0,5·(Nmax + Nmin).

Посадки разделяются на три группы: с зазором, с натягом и переходные посадки.

Посадка с зазором - посадка, при которой обеспечивается зазор в соединении (поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала, рис. 3.2, а. К посадкам с зазором относятся также посадки, в которых нижняя граница поля допуска отверстия совпадает с верхней границей поля допуска вала, т. е. Smin= 0.

Типовыми посадками с зазором являются гидродинамические подшипники скольжения. Нормальные условия работы таких соединений создаются при обязательном наличии слоя смазки между сопрягаемыми поверхностями, гарантирующими жидкостное трение. При жидкостном трении происходит замена трения между металлическими поверхностями сопряженных деталей на внутреннее трение в смазочной жидкости. Жидкостное трение достигается за счет гидравлического давления, создаваемого смазочной жидкостью при вращении вала в подшипниковой втулке.

При повороте вала в подшипнике смазочная жидкость, находящаяся в зазоре между валом и втулкой, увлекается валом в сужающуюся клиновую зону и создает гидравлическое давление жидкости на вал. Когда созданное таким образом гидравлическое давление превысит нагрузку на опору, происходит подъем и смещение вала относительно втулки, которые в последующем стабилизируются, образуя гарантированный зазор - смазочный слой hmin.

Для образования гарантированного зазора Amin несущая способность неразрывного смазочного слоя в подшипнике должна превышать нагрузку на опору.

Посадка с натягом - посадка, при которой обеспечивается натяг в соединении (поле допуска отверстия расположено под полем допуска вала, рис. 3, в.

Посадки с натягом в основном применяют для неподвижных неразборных в процессе эксплуатации сопряженных деталей бея дополнительных крепежных средств.

Прочность соединения в таких неподвижных посадках достигается за счет упругой деформации сопряженных деталей, возникают щей при технологических процессах сборки. Наиболее распространены при этом процессы запрессовки одной детали в другую поя усилием пресса или предварительного нагрева детали с охватывающей поверхностью и ее охлаждения после сборки до нормальной температуры. Соответственно таким технологическим процессам в старых стандартах посадки называли "прессовая" и "горячая".

Примерами применения посадок с натягом являются соединение осей и бандажей со ступицами колес железнодорожного транспорта, венцов со ступицами червячных колес, вкладышей подшипников с корпусными деталями.

Основные задачи расчета посадок с натягом сводятся к определению:

- расчетного натяга и соответственно стандартной посадки конкретного соединения;

- величины усилия запрессовки или температуры нагрева де ли с охватывающей сопрягаемой поверхностью для выбора пресса и нагревательного оборудования;

- расчетной прочности сопряжения из условия обеспечения неподвижности в процессе эксплуатации;

- напряжений, возникающих после сборки в материалах сопрягаемых деталей.

Весьма ответственным при расчете посадок с натягом являете обеспечение прочности сопрягаемых деталей, определяемое те' что напряжение в материалах деталей, появляющееся в результат запрессовки, не должно превышать допускаемых напряжений, касается максимальных напряжений, действующих на внутренне поверхности втулки и внутренней поверхности (в центре).

Переходная посадка - посадка, при которой возможно получение как зазора, так и натяга (поля допусков отверстия и вала перекрываются частично или полностью, рис. 4.

Расчет переходных посадок выполняют реже, по сравнению с расчетом посадок с зазорами и натягами, и в основном как поверочный. Такие расчеты состоят из расчета вероятности зазоров и натягов в сопряжении, расчета наибольшего зазора по предельно допустимому эксцентриситету, расчета прочности только для тонкостенных деталей, а также усилия сборки при наибольшем натяге посадки. Основными расчетами в переходных посадках являются расчеты вероятности получения натягов и зазоров. В таких расчетах исходят из нормального закона распределения размеров деталей, а вероятности получения натягов и зазоров определяют с помощью нормированной функции Лапласа.

Допуск посадки - разность между наибольшим и наименьшим допускаемыми зазорами (допуск зазора TS в посадках с зазором) или наибольшим и наименьшим допускаемыми натягами (допуск натяга TN в посадках с натягом):

TS = Smax - Smin; TN = Nmax - Nmin.

Рис. 4. Схемы полей допусков посадок: а - с зазором; б - переходные; в - с натягом

В переходных посадках допуск посадки равен сумме наибольшего зазора и наибольшего натяга, взятых по абсолютному значению T

S(N) = Smax + Nmax.

Для всех типов посадок допуск посадки равен сумме допусков отверстия и вала, т. е.

TS(N) = ТD + Td.

В переходных посадках при наибольшем предельном размере вала и наименьшем предельном размере отверстия получается наибольший натяг (Nmax), а при наибольшем предельном размере отверстия и наименьшем предельном размере вала - наибольший зазор (Smax). Минимальный зазор в переходной посадке равен нулю (Smin = 0). Средний зазор или натяг равен половине разности наибольшего зазора и наибольшего натяга

Sm(Nm) = 0,5·(Smax - Nmax).

Положительное значение соответствует зазору Sm, отрицательное - натягу Nm.

Размещено на Allbest.ru