Проектирование одноступенчатых редукторов

Министерство науки и высшего образования 
Российской Федерации
Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

Г. Л. Баранов, Ю. В. Песин

ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ОДНОСТУПЕНЧАТЫХ РЕДУКТОРОВ

Учебное пособие

Рекомендовано методическим советом
Уральского федерального университета
для студентов вуза, обучающихся
по направлению подготовки
15.03.02 — Технологические машины и оборудование

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2019

УДК 621.83.06(075.8)
ББК 34.446.1я73
          П28
Рецензенты:
кафедра «Технология металлов и ремонт машин» Уральского государственного аграрного университета (завкафедрой доц., канд. техн. наук 
В. А. Александров);
Э. А. Бубнов, проф. кафедры «Индустриальный дизайн» ГОУ ВПО «Уральская государственная архитектурно-художественная академия»

Научный редактор — доц., канд. техн. наук C. В. Бутаков

 
Баранов, Г. Л.
П28    Проектирование одноступенчатых редукторов : учебное пособие / Г. Л. Баранов, Ю. В. Песин. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 
2019. — 100 с.

ISBN 978-5-7996-2575-7

Учебное пособие содержит необходимые справочные данные, методику выполнения эскизной компоновки при проектировании одноступенчатых цилиндрических, конических и червячных редукторов, требования к оформлению конструкторских документов и примеры выполнения сборочных чертежей редукторов 
со спецификацией, рабочих чертежей деталей. Может быть использовано студентами всех специальностей всех форм обучения при выполнении контрольных заданий и курсовых проектов, а также при подготовке к экзаменам и зачетам по курсам «Детали машин и основы конструирования» и «Механика».

Библиогр.: 11 назв. Рис. 74. Табл. 9. Прил. 9.

УДК 621.83.06(075.8)
ББК 34.446.1я73

ISBN 978-5-7996-2575-7 
© Уральский федеральный 

 
     университет, 2019



Введение

П

риводом называется совокупность устройств, приводящих 
в действие машины и механизмы. Типовой вариант привода состоит из электродвигателя и трансмиссии. Трансмиссия обеспечивает передачу вращения от вала электродвигателя к валу 
исполнительного органа машины с уменьшением угловой скорости 
и увеличением крутящего момента. В состав трансмиссии могут входить различные механические передачи: зубчатые, червячные, цепные и ременные. 
Редуктором называется механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата. Название 
редуктора определяется видом и количеством входящих в него передач. Наибольшее применение в промышленности находят одноступенчатые редукторы, имеющие одну передачу. Если эта передача зубчатая 
цилиндрическая, то редуктор называется одноступенчатым цилиндрическим, если передача зубчатая коническая — одноступенчатым коническим. Если передача червячная, редуктор называется одноступенчатым червячным.
При проектировании одноступенчатых редукторов на первом этапе определяется общий КПД и требуемая мощность привода, выбирается стандартный электродвигатель и выполняется кинематический 
расчет привода [2, 8, 9, 11]. В рамках этого расчета находят общее передаточное число привода, распределяют его по механическим передачам и определяют частоты вращения валов привода, в том числе быстроходного и тихоходного валов редуктора. Далее находят мощности 
и крутящие моменты, передаваемые валами редуктора. По этим данным рассчитывают зубчатую или червячную передачу [2] и приступают к проектированию редуктора.



1. Проектирование одноступенчатого 
цилиндрического редуктора

О

бщий вид редуктора показан на рис. 1.1. На рисунке показаны элементы редуктора, проектирование которых выполняется ниже.
а                                                                          б

Рис. 1.1. Общий вид редуктора:

а — вид слева; б — вид справа

Проектирование редуктора начинается с расчета цилиндрической 
зубчатой передачи, после расчета которой выполняется ориентировочный расчет диаметров выходных концов валов на кручение по пониженным допускаемым напряжениям по формуле

 
di = 

1000

0.2[
]

3
Ti
t ,  
(1.1)

где di — диаметр выходного конца (хвостовика) вала, мм; Ti — крутящий момент на рассчитываемом валу, Н·м; [τ] — пониженные допускаемые напряжения на кручение, [τ] = 20…25 МПа для вала из стали 45.

1.1.Проектированиетихоходноговала

Полученное значение di округляют до ближайшего числа из ряда 
нормальных линейных размеров по ГОСТ 6636–69: 20; 22; 24; 25; 26; 
28; 30; 32; 34; (35); 36; 38; 40; 42; 45; 48; 50; 53; (55); 56; 60; 63; (65); 67; 
(70); 71; 75; 80; 85; 90; 95; 100. Длину хвостовика выбирают в диапазоне li = (1.5…2)d и также округляют по этому ряду.

1.1. Проектирование тихоходного вала

Начинают проектирование с определения размеров элементов тихоходного вала. Один из вариантов конструкции тихоходного вала 
редуктора представлен на рис. 1.2, соответствующая ему компоновка представлена на рис. 1.3. Для размещения на валу деталей он имеет ступенчатую форму и состоит из семи участков. На хвостовик вала 
(участок I) устанавливают деталь, которая передает крутящий момент 
с тихоходного вала редуктора на исполнительный механизм. Участок 
вала II предназначен для взаимодействия с уплотнением. Участки III 
и VII являются опорными для подшипников. Участок IV предназначен 
для установки зубчатого колеса. Участки V и VI являются буртиками 
для осевой фиксации соответственно зубчатого колеса и подшипника.

Рис. 1.2. Тихоходный вал редуктора

Рекомендуемые размеры участков приведены в табл. 1.1.
После расчета диаметра d3 (табл. 1.1) следует округлить его до ближайшего значения кратного пяти. Длина участка l2 определяется 
по формуле

 
l2 = L2 — B — n + Lk + y,  
(1.2)

1.Проектированиеодноступенчатогоцилиндрическогоредуктора

где L2 — ширина фланца корпуса редуктора у подшипника качения; 
В — ширина подшипника тихоходного вала; n — расстояние от торца 
подшипника до внутренней поверхности стенки корпуса, n = 4 …7 мм; 
Lk — величина, зависящая от толщин опорной поверхности крышки 
подшипника, шайбы пружинной и высоты головки болта крепления 
крышки к корпусу; величина y принимается в диапазоне 5...10 мм.

I

II
III
IV

V

VI

VII

Рис. 1.3. Эскизная компоновка тихоходного вала редуктора

Таблица 1.1
Размеры участков тихоходного вала

Номер участка
Диаметр, мм
Длина, мм
I
d1
l1
II
d2 = d1 + 5
l2
III
d3 = d1 + 10
l3 = (20…30) + B
IV
d4 = d3 + 5
l4 = Lc — 2
V
d5 = d4 + (3…4)C3
10…15
VI
d6 = dзп
10…15
VII
d7 = d3
B+ (2 …3)

Примечание. В — ширина подшипника тихоходного вала (табл. П1.1, П1.2); Lc — длина ступицы; C3 — фаска посадочного отверстия зубчатого колеса (данные на с. 9); 
dзп — диаметр заплечика подшипника.

1.2.Проектированиебыстроходноговала

При наружном диаметре подшипника тихоходного вала D < 105 мм, 
можно принять Lk = 18 мм, при D ≥ 105 мм — Lk = 22 мм. Для тихоходного вала на данном этапе проектирования рекомендуется выбирать 
подшипники легкой серии. При назначении длины на участке III, расстояние между подшипником и зубчатым колесом следует при нимать 
исходя из симметричного расположения подшипников относительно колеса.

1.2. Проектирование быстроходного вала

Один из вариантов конструкции быстроходного вала редуктора 
представлен на рис. 1.4, соответствующая ему эскизная компоновка показана на рис. 1.5. Быстроходный вал так же, как и тихоходный, 
имеет ступенчатую форму и состоит из семи участков для размещения деталей. При передаточном числе зубчатой передачи больше 2.5, 
быстроходный вал выполняют в виде вала-шестерни. Формирование изображения быстроходного вала в этом случае начинают с зубчатого венца, основные размеры которого определяются при расчете 
зубчатой передачи. Вариант конструктивного выполнения зубчатого 
венца зависит от соотношения диаметров заплечика подшипника dзп 
(табл. П2.1) и окружности впадин шестерни df (рис. 1.6). Предпочтительным является вариант, при котором df > dзп (рис. 1.6, а).

Рис. 1.4. Общий вид быстроходного вала редуктора

1.Проектированиеодноступенчатогоцилиндрическогоредуктора

I
II

III

IV
VI

VII

V

Рис. 1.5. Эскизная компоновка быстроходного вала редуктора
а                                                            б                                      в

Рис. 1.6. Конструкция вала-шестерни цилиндрической

При df  < dзп необходимо предусматривать участки для выхода червячной фрезы, нарезающей зубья (рис. 1.6, б, в). Длина этих участков 
Lв определяется графически в зависимости от диаметра фрезы Dф. Диаметр фрезы, мм, назначают в зависимости от величины модуля, мм:

m                 < 2.5  2.5…3  3…4  4…5  5…6  6…7
Dф                    70             80             90           100          112          125

Размер фаски зубчатого венца определяют по формуле C1 = 0.5m 
и округляют до ближайшего значения по данным на с. 9.

Участок вала II (рис. 1.5) предназначен для взаимодействия с уплотнением. Его диаметр равен d2 = d1 + 5, а длина определяется по формуле (1.2), в которой B — ширина подшипника быстроходного вала. В этой 
формуле, при наружном диаметре подшипника быстроходного вала 
D < 105 мм, можно принять Lk = 18 мм, при D ≥ 105 мм, — Lk = 22 мм.

1.3.Конструированиецилиндрическихзубчатыхколес

Подбор подшипников быстроходного вала следует начинать с шарикоподшипников радиальных однорядных средней серии. Для их 
размещения предназначены участки III и VII. Диаметр этих участков определяют по формуле d2 = d1 + 10 с округлением до ближайше-
го кратного 5 числа.
Маслоотражательные или мазеудерживающие кольца, при их использовании, устанавливаются на III и VII участки. Длина каждого 
из этих участков l3 =B + Sc, где Sc — длина ступицы соответствующего 
кольца: для маслоотражательного кольца Sc = ak, для мазеудерживающего кольца Sc = Sk + 4.

Участки IV и VI (см. рис. 1.5) являются буртиками, предназначенными для осевой фиксации подшипников. Диаметр этих участков равен 
диаметру заплечиков для подшипников dзп и определяется по табл. П2.1. 
Длина IV и VI участков определяется из условия примерного совпадения внутренних границ подшипников быстроходного и тихоходного 
валов, расположенных по одну сторону от зубчатой передачи.

1.3. Конструирование цилиндрических зубчатых колес

Основные размеры кованых и штампованных зубчатых колес 
(рис. 1.7 и 1.8) определяются в соответствии со следующими зависимостями.
Диаметр ступицы: стальной Dc = 1.55 d, чугунной Dc = 1.6 d, где d — 
диаметр посадочного отверстия зубчатого колеса.
Длина ступицы Lc= 1.2 d ≥ bw, где bw — ширина зубчатого венца колеса.
Толщина обода A1= (5…6) m, где m — модуль передачи.
Толщина диска e = 0.3 bw.
Диаметр центровой окружности D0 = 0.5 (da — 2A1 + Dc), где da — диаметр окружности вершин зубьев колеса.
Диаметр отверстий d0 = 0.25 (da — 2A1 — Dc).
Размер фаски посадочного отверстия определяют по представленным ниже данным.

d, мм
≤30
30…50
50…80
80…120
120…150
150…250
250…500
С3, мм
1.0
1.6
2.0
2.5
3.0
4.0
5.0

1.Проектированиеодноступенчатогоцилиндрическогоредуктора

              а                                    б                                              в

Рис. 1.7. Общий вид зубчатых колес:

а — прямозубое; б — косозубое; в — шевронное

Рис. 1.8. Основные размеры зубчатых колес

Размер фаски зубчатого венца определяют по формуле C1 = 0.5m 
и округляют до ближайшего значения по представленным выше данным. Размер фаски C2 принимают равным 2…3 мм. Радиус R равен 
4…10 мм.
Шевронные зубчатые колеса чаще выполняют двухвенцовыми с канавкой между венцами для выхода зуборезного инструмента (рис. 1.9). 
Ширина канавки зависит от нормального модуля mn, типа инструмента и делительного угла наклона зуба β (табл. 1.2).