Файл: Л.М. Полетаева Конструктивное оформление литых деталей (на примере корпуса редуктора).pdf

Министерство образования Российской Федерации

КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕHHЫЙ ТЕХHИЧЕСКИЙ УHИВЕРСИТЕТ

Кафедра прикладной механики

КОНСТРУКТИВНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ (на примере корпуса редуктора)

Методические указания для проведения лабораторных и практических занятий и курсового проектирования по курсу "Прикладная механика" для студентов направления 550800

"Химическая технология и биотехнология"

Составители Л.М.ПОЛЕТАЕВА О.В. ЛЮБИМОВ

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 7 от 17.04.2000

Рекомендованы к печати методической комиссией направления 550800 Протокол № 1 от 15.02.2000

Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса КузГТУ

Кемерово 2000

1

Введение

Все детали, составляющие машину, должны быть определенным образом связаны между собой, иметь во все периоды ее работы правильное взаимное расположение и возможность передачи действующих усилий на основание, которое служит ей опорой. Эти функции выполняет так называемая корпусная (опорная) деталь, связывающая отдельные группы деталей в самостоятельные узлы, а последние - в независимую машину или машинную установку.

К корпусным деталям наряду с требованиями прочности и выносливости обычно предъявляются требования и высокой жесткости, так как этим критерием в значительной мере предопределяют точность функционирования всех частей машины и ее виброустойчивость. Это заставляет делать корпусные детали в большинстве случаев весьма массивными. Их вес составляет основную часть общего веса машины (до 70-90 % - в стационарных установках, несколько меньше - в транспортных машинах). Поэтому корпусные детали - один из основных объектов при решении задачи снижения веса машин и экономии материалов.

Формы и размеры корпусных деталей весьма разнообразны и зависят от мощности, производительности и общей компоновки машины, в свою очередь, определяемой ее рабочим процессом.

Наиболее распространенные разновидности корпусных деталей:

-фундаментные балки, рамы и плиты, опирающиеся на неподвижный фундамент и служащие основанием для стационарных машин;

-столы, ползуны, суппорты, передвигающиеся по направляющим, или передвижные рамы и фермы, опирающиеся на ходовые детали (колеса, гусеничный ход) и служащие опорной базой для транспортных машин;

-колонны, стойки и кронштейны, нередко используемые в качестве опорных деталей для машин или узлов;

-горизонтальные и вертикальные станины металлорежущих станков, кузнечно-прессовых машин, двигателей внутреннего сгорания и других поршневых машин;

-коробки (картеры) различных передач, корпуса электрических машин, паровых и газовых турбин, корпусные детали отдельных узлов (подшипников и др.);

-крышки, кожухи, ограждения и другие вспомогательные детали.

2

В редукторах к корпусным деталям относятся: корпус, стаканы и подшипниковые крышки.

Корпусные детали обычно имеют довольно сложную форму, поэтому в большинстве случаев их получают методом литья.

Настоящие методические указания содержат рекомендации по конструированию литого корпуса одноступенчатого цилиндрического редуктора. Материалы, изложенные в них, могут использоваться при проведении лабораторных и практических занятий, а также в процессе курсового проектирования по курсу «Прикладная механика».

1. Некоторые сведения по технологии литейного производства

Деталь, получаемая заливкой расплавленного металла, минерала, стекла, пластмассы и т.д. в литейную форму, носит название литой детали (отливки). После затвердевания отливку извлекают из формы, очищают и обрубают остатки литниковой системы.

1.1. Выбор материалов Основными критериями, определяющими выбор материала для

литых деталей, являются форма деталей, их целевое назначение, условия работы, характер и величина напряжений.

Наиболее распространены отливки из серого чугуна (СЧ12-28, СЧ15-32, СЧ18-36 и др.). Это объясняется его хорошими литейными свойствами, хорошей обрабатываемостью на металлорежущих станках, относительно низкой стоимостью, достаточно высокой износостойкостью. Прочность и жесткость чугуна ниже, чем стали, однако во многих случаях они вполне достаточны.

Примеры применения отливок из серого чугуна в общем машиностроении: станины, стойки, плиты, корпусные детали, кронштейны, детали муфт и подшипников скольжения, шкивы, маховики, зубчатые колеса и т.п.

Отливки стальные (15Л, 25Л, 35Л, 40Л, 45Л и др.) применяют в тех случаях, когда прочность деталей из чугуна недостаточна. Литейные свойства стали значительно ниже литейных свойств чугуна. Сталь в связи с малой жидкотекучестью хуже заполняет формы, а также обнаруживает склонность к образованию пузырей. Стальные отливки значительно труднее поддаются очистке, чем чугунные. Поэтому сталь избегают

3

применять для отливок сложной конфигурации с тонкими стенками, повышенными требованиями к внешнему виду и точности размеров.

Из стали выполняют отливки тяжелых, простых деталей, воспринимающих динамические нагрузки, при которых серые чугуны работают плохо. Ввиду простоты формы, большой толщины стенок и сравнительно невысоких требований к точности таких отливок литейные свойства стали оказываются приемлемыми.

Примеры применения отливок из стали: станины молотов и ковочных машин, станины и крупные детали формовочных машин, ходовые колеса кранов, катки гусеничных машин, литые рамы тракторов, заготовки крупных зубчатых колес, изготовление которых ковкой или штамповкой сложно и дорого.

Отливки из сплавов цветных металлов применяют тогда, когда к материалу детали предъявляют специфические требования. Сюда относят отливки из бронзы и латуни, отливки из алюминиевых и магниевых сплавов, цинковых сплавов. Например, бронза является хорошим материалом для подшипников, ползунов, червячных колес и других деталей, работающих в условиях трения. Но ввиду высокой стоимости и дефицитности бронз их применение ограничивают. Для перечисленных деталей использование бронзы, а также латуни, сводится к применению втулок, вкладышей, зубчатых венцов и т.п., устанавливаемых только в местах, непосредственно подвергающихся трению.

1.2. Способы литья В современном производстве применяют следующие способы ли-

тья:

-в одноразовые песчаные формы:

-в постоянные металлические формы (кокильное литье - заливка самотеком, литье под давлением и литье центробежное);

-точное литье по выплавляемым моделям и в оболочковые формы. Наиболее высокой универсальностью отличается литье в однора-

зовые песчаные формы, так как оно обеспечивает получение отливок, различных по величине и сложности, из разнообразных материалов в условиях как индивидуального, так и массового производства. Исключение составляют отливки очень мелких деталей сложной конфигурации.

4

1.3. Основные правила конструирования литых деталей Правила конструирования литых деталей в основном общие для

различных литейных материалов и способов литья. Исключение составляет литье по выплавляемым моделям, при котором отпадают требования, связанные с удалением модели из формы.

Перечислим ряд правил конструирования литых деталей с точки зрения их технологичности на примере конструирования отливок из серого чугуна при литье в одноразовые песчаные формы.

1. Не рекомендуются массивные детали. Лучше тонкостенные, развитые по периферии.

2.Отливка должна обеспечивать простое изготовление формы (меньше плоскостей разъема формы, возможность извлечения модели и стержней без разрушения). Поэтому конструкция самой отливаемой детали должна быть максимально проста. Основой конструкции должно быть какое-либо простейшее геометрическое тело, ограниченное плоскостями и поверхностями вращения. Дополнительные элементы детали

ввиде приливов, бобышек, буртиков, фланцев, ребер и прочего должны примыкать к указанному простейшему телу, составляющему основную часть отливки.

3.Для удобства удаления модели из формы поверхностям детали, расположенным в направлении извлечения модели, придают уклоны (литейные уклоны). Чем больше уклон, тем проще вынимается модель и

меньше искажается форма при ее извлечении. Для литья в песчаные формы угол конуса принимают 5...10о.

4.Для обеспечения равномерного остывания и уменьшения внутренних напряжений в результате неравномерной усадки (с целью исключения раковин, трещин и коробления отливки) стенки отливки должны по возможности иметь равномерную толщину. Переходы между стенками различной толщины и сопряжения между стенками, соединяемыми под углом, должны быть плавными.

5.Механически обрабатываемые поверхности рекомендуется выполнять выступающими над необрабатываемыми, что обеспечит удобство подвода инструмента и обработку напроход нескольких поверхностей (например, торцов бобышек).

Хорошим примером для изучения основ конструирования литых деталей является конструирование литого корпуса редуктора и его элементов.

5

2. Конструирование корпуса редуктора 2.1. Корпус редуктора. Его конструктивное оформление, элементы

Корпус редуктора должен быть достаточно прочным и жестким, так как его деформации могут вызвать перекос осей валов и вследствие этого неравномерное распределение нагрузки по длине зубьев зубчатых колес. Для повышения жесткости корпус обычно усиливают ребрами, располагаемыми у приливов под подшипники. Для удобства монтажа деталей корпус обычно выполняют разъемным. Плоскость разъема проходит через геометрические оси валов. Основные детали разъемного корпуса - основание корпуса (собственно корпус) и крышка корпуса

(иногда основание корпуса называют картером редуктора, а крышку - кожухом). Детали корпуса обычно отливают из чугуна СЧ 12-28 и СЧ 15-32. Применяют также сварные стальные корпуса. Они легче чугунных и для изготовления не требуют моделей. При серийном производстве применение литых корпусов экономически целесообразнее.

Формы и соотношения размеров отдельных типичных элементов литого корпуса сложились и стали довольно определенными. Эти элементы удобно рассматривать на примерах корпусов цилиндрических редукторов. Корпуса других редукторов составляются в основном из таких же или близких к ним по форме элементов.

Основными элементами корпуса являются его стенки, опорная подошва или лапы, фланец корпуса, прилегающий к фланцу крышки, и гнезда для подшипников. Эти гнезда часто подкрепляют ребрами, которые создают дополнительные соединения между гнездами, стенкой корпуса и его подошвой, повышают общую жесткость конструкции и укрепляют переход от стенки к подошве.

Рациональная конструкция корпусных деталей связана с масштабами производства. В условиях единичного и мелкосерийного изготовления простота форм отливок и моделей представляет важное достоинство. При массовом производстве сложность конфигурации отливки не делает ее заметно дороже и оправданными оказываются те формы, при которых невелик вес и которые наилучшим образом согласованы с операциями механической обработки, с применяемыми станками и приспособлениями. В этих условиях можно разработать конструкцию корпуса с полным учетом технологии и оснастки.

10

Корпусные детали, показанные на рис. 1, 2, 3, имеют традиционные формы. Для них характерны гладкие внутренние очертания и выступающие наружу фланцы и ребра. Конструкции, показанные на рис. 1, 2, предусматривают применение накладных (привертных) крышек, которые крепятся болтами [3, с. 3 - 4]. Конструкция, показанная на рис. 3, рассчитана на применение в подшипниковых гнездах врезных (закладных) крышек [3, с. 7]. Для буртиков крышек необходимы выточки в гнездах, а торцы гнезд можно не обрабатывать. Врезные крышки конструктивно проще накладных. Они крепятся без болтов и для них не надо сверлить и нарезать отверстия в корпусных деталях, но во избежание протекания масла нужны сравнительно точные и плотные сопряжения крышек с внутренними поверхностями гнезд.

На рис. 4 показан цилиндрический одноступенчатый редуктор с внутренними выступами и ребрами. Такие конструкции отличаются от традиционных более гладкими и четкими наружными очертаниями, лучшими виброакустическими свойствами и некоторыми другими достоинствами. Однако такие корпуса обладают известными недостатками: большая масса, увеличение трудоемкости формовки, большая трудность внутренней очистки и окраски.

2.2. Определение основных размеров корпуса редуктора [2, с. 416 - 419]

Приведенные ниже соотношения и рекомендации даны для расчета корпусов одноступенчатых цилиндрических редукторов.

Толщина стенки основания корпуса:

δ = 24 0,1Tmax ≥ 6 мм,

где Tmax=2 T2 - наибольший вращающий момент, Н м; T2 - вращающий момент на ведомом валу редуктора.

Толщина стенки крышки корпуса

δ кр = 0,9δ ≥ 6 мм.

Диаметр стяжных болтов, соединяющих основание с крышкой редуктора:

dстяж = 3 Tmax ≥ 10 мм.

Размещение отверстий под стяжные болты дано на рис. 5.