XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Разработка макета цилиндрического редуктора
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Модель как наглядность
Одной из важнейших задач, стоящих является совершенствование содержания и методов обучения и подготовка обучающихся к самостоятельной трудовой деятельности.
Актуальность темы обусловлена необходимостью повышения качества подготовки студентов технических специальностей колледжа. Одной из целей обучения макетированию является овладение дополнительным выразительным средством проектной деятельности. Восприятие макета как объемной формы естественно для студентов всех курсов. Макет ближе к реальным аналогам, так как обладает большей наглядностью, чем плоскостное изображение, и поэтому в начальном обучении может быть более понятен. Макет во время учебного проектирования особенно по специальности 15.02.01 «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)» на начальных этапах работы над проектом позволяет студенту в эскизной форме понятнее и быстрее прочувствовать и раскрыть объем, осмыслить положение его в пространстве, сопоставить масштабность и зависимость его от окружающих объектов.
Макет - это инструмент, который обладает наглядностью и помогает развить объемно-пространственное представление, один из проверенных способов передачи информации, наиболее зримое средство выражение мысли, временное обобщенное представление в крупных массах и относительно отвлеченных формах, несущее в себе обобщенное функциональное и конструктивное содержание. Создание макета редуктора позволит студентам наглядно изучить конструкцию, принцип действия и применение данного оборудования в промышленности, а также поможет преподавателям более подробно раскрыть темы на занятиях по данному направлению.
Редукторы широко используются в самых разных отраслях промышленности. Они изменяют общую скорость вращения и крутящий момент на валу, регулируют уровень давления рабочей среды (газ, жидкость, пар) [1]. Актуальность редукторов обусловлена тем, что скорость вращения практически всех асинхронных электрических двигателей достаточна велика и для практического использования их при поднятии грузов и перемещении подвижных деталей без данного оборудования не обойтись. Самым распространенным видом описываемого оборудования является цилиндрический редуктор.
Цель работы – создание макета цилиндрического редуктора с прямозубой зубчатой передачей.
Задачи:
1) ознакомиться с применением редукторов в промышленности;
2) изучить конструкцию оборудования и технологический процесс сборки;
3) определить размеры и разработать детали редуктора;
4) собрать редуктор в макет;
5) сделать выводы и рекомендации.
Объект исследования: цилиндрический редуктор с прямозубой зубчатой передачей.
Методы исследования:
1. Изучение технической литературы и других источников информации.
2. Анализ применения макета в учебном процессе.
3. Метод проектирования.
-
Основная часть
1.1 Общие сведения
Анализ технологичности конструкции редуктора
Технологичность - это соответствие требованиям изготовления детали наиболее производительным и экономически выгодным способом при заданных условиях изготовления. Степень этого соответствия выявляется путем анализа технологичности конструкции детали.
Исполнительными поверхностями редуктора являются поверхности зубьев цилиндрических и шевронных передач. При вращении выходного вала редуктора от электродвигателя и клиноременной передачи крутящий момент передается с помощью зубчатого зацепления на выходной вал, вращающий кривошипы с противовесами. Ведущий вал установлен в роликоподшипниках с короткими цилиндрическими роликами, ведомый вал в однорядных сферических роликоподшипниках. Разъем корпуса горизонтальный, проходит через оси вала. Крепление крышки к корпусу осуществляется с помощью болтов на фланцах корпуса и крышки. Положение крышки относительно корпуса определяется двумя коническими штифтами [4].
Проанализируем конструкцию изделия на технологичность. Редуктор состоит из отдельных, четко разграниченных сборочных единиц: ведущего, промежуточного и ведомого валов, что обеспечивает параллельность и независимость их сборки. При сборке используются простые и надежные соединения. Отсутствуют слесарно-пригоночные работы. Сборка осуществляется с применением метода полной взаимозаменяемости. В редукторе отсутствуют детали оригинальной и сложной конструкции. Шероховатость сопрягаемых деталей обеспечивает свободную сборку и надежную работу изделия. При сборке применяются слесарные и механизированные инструменты. При проведении контроля и испытания возможна полная или частичная имитация условий эксплуатации. Таким образом, на основе выше приведенного анализа, можно считать конструкцию редуктора технологичной.
Выбор вида и организации формы сборки.
На основе изучения служебного назначения изделия, его сборочных и рабочих чертежей, размерного анализа и программ выпуска в год и по неизменным чертежам выбираются вид и форма организации процесса сборки изделия.
Выбор метода достижения требуемой точности изделия начинается с формулировки задач, которые требуется решить в процессе разработки конструкции изделия, и технологического процесса сборки [3]. Эти задачи вытекают из требований к точности одного из параметров размерной связи. При точных расчетах устанавливается метод достижения требуемой точности каждого исходного звена размерной связи. Поэтому необходимо проанализировать заложенные в конструкции изделия методы достижения его точности, оценить и проверить правильность простановки размеров и допусков в рабочих чертежах изделия.
Решение поставленных задач в процессе сборки достигается через технологические размерные цепи. По своему строению технологические размерные цепи полностью совпадают с конструкторскими, если точность замыкающих звеньев достигается одним из методов взаимозаменяемости: полной, неполной или групповой. При использовании методов пригонки и регулирования возникают размерные связи, отличные от тех, которые определяют точность замыкающих звеньев в конструкции изделия.
Выбору методов достижения требуемой точности изделия обычно предшествует изучение рабочих чертежей. Изучение чертежей начинается с момента ознакомления с конструкцией, выявления ее исполнительных поверхностей и проектирования технологических процессов сборки изделия. В результате изучения чертежей выявляются состав, связь и взаимодействие всех сборочных единиц и деталей, составляющих изделие.
Сборка является заключительным этапом изготовления изделия. Высокое качество изделия определяется не только удачной конструкцией, применением высококачественных материалов, изготовлением деталей высокого качества и точности, но и зависит от проведения всех этапов сборки изделия, так как по разным причинам могут возникнуть погрешности взаимного расположения деталей.
1.2 Этапы проектирования и редуктора
1. На первом этапе производится поиск технического решения задачи на проектирование привода, которое сводится к нахождению его конструктивной или кинематической схемы, отвечающей требованиям и ограничениям, предъявляемым к нему.
Для решения задачи проектирования используем информации, содержащиеся в технической литературе по профилю данного оборудования, информации о видах приводов и передач.
2. В последующих этапах производится выбор зубчатых колес, муфт, подшипников, выполнение проектировочных расчетов и компоновку привода, которые невозможно выполнять отдельно друг от друга, так как все они направлены на определение основных размеров, формы и взаимного расположения деталей и сборочных единиц.
2. Практическая часть
Проектирование двухступенчатого цилиндрического редуктора
Путем изучения и сравнения известных конструкций редукторов определяется конструктивная схема привода кривошипно-шатунного механизма, состоящую из ременной передачи, соединяющей вал электродвигателя с ведущим валом двухступенчатого цилиндрического редуктора имеющего макетную конструкцию [2].
1 Этап. Определена характерная особенность конструкции редуктора: ведущий вал, на котором установлен ведомый шкив ременной передачи.
2 Этап. Выбор типа зубчатых передач, муфт, подшипников.
3 Этап. Выполнение проектировочных расчетов зубчатых передач, валов, муфт, подшипников, шпоночных и шлицевых соединений.
Так как тип зубчатой передачи был уже выбран на первом этапе проектирования, на данном этапе необходимо было назначить передаточное отношение в первой и второй ступени редуктора, при заданном передаточном отношении, рассчитаем габаритные размеры редуктора, которой является сумма 2-х межосевых расстояний.
Межосевое расстояние быстроходной и тихоходной передачи определяется по формуле [5]:
А= m1·z1(1+i1);
Задаемся данными m1=0,75; m=1,25; z3=25; i2=3.
где m1, z1, z2 – модуль и число зубьев быстроходной зубчатой передачи,
m2, z3, z4 – модуль и число зубьев тихоходной зубчатой передачи.
Учитывая, что z1=22, i1=3,15, то z2=z1·i1=22·3,15=70;
Уточняем i1=70/2=3,18; z4=z3·i2=25·3=75,
Тогда межосевое расстояние быстроходной и тихоходной передач будет равно:
А= m1·z1(1+i1) = 0,75·22(1+3,18) = 68,97 мм;
Таким образом, габариты редуктора равны: В=68,97+68,97=137,94 мм.
После этого выполняется проверочный расчет прочности зубьев колес, позволяющий подтвердить правильность выбора модулей зацепления обеих передач. Поскольку линейные скорости зубчатых колес небольшие, в обеих ступенях редуктора были использованы прямозубые зубчатые передачи.
Тип и типоразмер подшипников быстроходного вала определяется диаметром вала, отверстием в тихоходной шестерне и действующими на подшипники нагрузками. Были подобраны и установлены радиальный подшипник в правой опоре быстроходного вала, а в левой опоре радиальный роликоподшипник.
Поскольку привод работает в нереверсивном режиме с импульсными нагрузками, для крепления шестерни выбраны призматические шпонки, в зависимости от диаметра вала, а длина рассчитана из условия прочности на срез и смятие.
4 Этап. Компоновка деталей привода с учетом стыковки и размерной увязки с исполнительным механизмом и ведущим органом.
5 Этап. Для обеспечения требований ТБ в конструкции машины предусмотрено ограждение внутренних деталей корпусом. Эстетичность редуктора проводилась внешне, по мере доступа.
6 Этап. Результаты проектирования проводились путем проведения структурно-функционального анализа, при выполнении которого осуществляется оценка того, насколько входящие в механизм детали недогружены и простота сборки деталей. Учитывая это, а также то, что созданная конструкция полностью соответствует поставленной задаче на проектирование и техническим характеристикам, макет был оценен положительно.
Выводы
1. Изучены методы современного и доступного обучения студентов.
2. Рассмотрена методика проектирования макета редуктора.
3. Определена технологическая последовательность сборки редуктора.
4. Рассчитаны габаритные размеры оборудования.
5. Произведена компоновка деталей и узлов в макет.
Перспектива проекта
В будущем макет будет использоваться на занятиях в помощь преподавателям и для наглядности студентам, а также будет выставляться на выставочных мероприятиях.
Список использованной литературы
1. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. М.: Академия 2003 г.
2. Игнатьев Н.П. Основы проектирования. Азов 2011 г.
3. Игнатьев Н.П. Обеспечение точности при проектировании приводов и механизмов. 2012 г.
4. Попов В. Б. Кадач Т. В. Оптимизация параметров закрытых зубчатых передач. Гомель, 2009.
5. Шейнблин А. Е. «Курсовое проектирование деталей машин». – М: Высшая школа, 1991 г.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.
Фото макета редуктора на стадии разработки
Фото макета готового редуктора