Проектирование цилиндрического редуктора механического привода

ПЗ.docx

Целью курсового проектирования является получение навыков принятия самостоятельных конструктивных решений усвоение последовательности разработки механизмов общего назначения закрепление учебного материала по расчету типовых деталей машин.
Задачей курсового проекта является разработка цилиндрического редуктора механического привода.
В соответствии с выбранной кинематической состоящей из электродвигателя муфты зубчатой клиноременной или цепной передач редуктора в соответствии с темой проекта производятся расчёты.
Электродвигатель выбирается по требуемой мощности и ориентировочной частоте вращения. Редукторы проектируются по критерию контактной прочности активной поверхности зубьев проверяются по контактным изгибным напряжениям а также при действии пиковых нагрузок. Ориентировочный расчет валов проводится на чистое кручение по пониженным допускаемым напряжениям. Подшипники выбираются по характеру нагрузки на валы и по диаметрам валов приводы проверяются на долговечность по динамической грузоподъемности. Шпоночные соединения проверяем на смятие. Валы проверяются на сопротивление усталости по коэффициентам запаса прочности при совместном действии изгиба и кручения с учетом масштабных факторов и концентраторов напряжений.
Способ смазки и уровень масла обусловлены компоновкой механизма. Масло выбирается исходя из действующих контактных напряжений и окружной скорости в зацеплениях.
В результате работы должна быть получена компактная и эстетичная конструкция редуктора отвечающая современным требованиям предъявляемым к механизмам данного назначения.
Спроектировать цилиндрический редуктор механического привода.
Рисунок 1 – Кинематическая схема привода
-двигатель; 2-муфта; 3-шестерня; 4-вал быстроходный; 5-вал тихоходный; 6-колесо зубчатое.
Выбор двигателя. Кинематический расчёт привода
Двигатель является одним из основных элементов машинного агрегата.
От типа двигателя зависят конструктивные и эксплуатационные характеристики рабочей машины и ее привода [23].
Определим общий коэффициент полезного действия (КПД) привода:
где – коэффициент полезного действия передачи (090);
коэффициент полезного действия муфты (095);
коэффициент полезного действия подшипников качения (099).
Определим требуемую мощность двигателя кВт.
Определяем тип двигателя исходя из условия:
Результаты выбора сводим в таблицу 1.
Таблица 1 – Типы двигателей
Номинальная мощность кВт
Частота вращения обмин
Окончательный выбор двигателя произведем после определения передаточного числа привода и его ступеней.
Передаточное число привода для всех приемлемых вариантов типа двигателя из таблицы 1 при заданной номинальной мощности[12]:
определим частоту вращения обмин:
где – скорость подъёма мс;
Передаточное число привода для всех приемлемых вариантов типа двигателя из таблицы 1 при заданной номинальной мощности [34]:
Передаточное число редуктора примем равным 63.
Определим частоты вращения валов обмин.
Определим распределение мощностей по валам кВт.
Рассчитаем распределение крутящих моментов Н · м.
Выбор материала зубчатых передач. Определение допускаемых напряжений
Сталь в настоящее время – основной материал для изготовления зубчатых колес. Одним из важнейших условий совершенствования редукторостроения является повышение контактной прочности активных (рабочих) поверхностей зубьев и их прочности на изгиб. При этом снижается масса и габаритные размеры зубчатой передачи а это повышает ее технический уровень.
Выбор твердости термообработки и материала колес.
Материал и его характеристики выбираются в зависимости от расположения зубьев на ободе колес пары и номинальной мощности двигателя.
Выбираем материал для зубчатой пары колес одинаковый для шестерни и колеса но с разными твердостями так как твердость зубьев шестерни должна быть больше твердости зубьев колеса.
Для шестерни выбираем Сталь 40Х для колеса выбираем Сталь 40Х.
Выбираем термообработку для зубьев шестерни и колеса. Для шестерни выбираем улучшение для колеса – улучшение.
Выбираем интервал твердости зубьев шестерни и колеса. Для шестерни и для колеса – 235 262 НВ.
для шестерни – 285 НВ;
для колеса – 285 НВ.
Определяем механические характеристики стали для шестерни и колеса.
Для шестерни из стали 35ХН с термообработкой улучшение:
Для колеса из стали 40Х с термообработкой улучшение:
Выбираем предельные значения размеров заготовки шестерни (D) и колеса (S):
Расчёт редукторной передачи
Предварительно выбираем материал:
Для шестерни – сталь 40Х термическая обработка-улучшение твёрдость НВ 262-301. Для колеса – сталь 40Х термическая обработка-улучшение твёрдость НВ 235-262 [45].
Определяем допускаемые напряжения по таблице 2:
Таблица 2 – Допускаемые напряжения
Допускаемые напряжения для шестерни МПа.
Допускаемые напряжения для колеса МПа.
Определим межосевое расстояние мм; нормальный модуль m мм; числа зубьев шестерни и колеса ; фактическое передаточное число редуктора и окончательный угол наклона зубьев град [5 6].
Коэффициент ширины колеса.
Межосевое расстояние мм.
Суммарное число зубьев:
Число зубьев шестерни:
Число зубьев колеса:
Фактическое передаточное число:
Окончательный угол наклона град.
Выполняем расчёт основных геометрических параметров передачи:
Межосевое расстояние мм.
Делительный диаметр шестерни мм.
Делительный диаметр колеса мм.
Начальный диаметр шестерни мм.
Начальный диаметр колеса мм.
Диаметр вершин зубьев шестерни мм.
Диаметр вершин зубьев колеса мм.
при внешнем зацеплении:
при внутреннем зацеплении:
Диаметр впадин зубьев шестерни мм
Диаметр впадин зубьев колеса мм.
внешнего зацепления:
внутреннего зацепления
Угол профиля исходного контура град.
Угол зацепления град.
Проверяем пригодность заготовок колёс.
Диаметр заготовки мм.
Толщина заготовки колеса мм.
Проверяем передачу на контактную и изгибную выносливость и на кратковременную перегрузку [6 7].
Проверочный расчёт на контактную прочность.
Окружная скорость мс.
Коэффициент нагрузки:
где Коэффициент динамической нагрузки 13;
Коэффициент концентрации нагрузки 105.
Коэффициент неравномерности распределения нагрузки между зубьями .
Коэффициент торцевого перекрытия:
Коэффициент повышения прочности косозубой передачи по контактной напряжённости:
Контактное напряжение МПа.
Выполним проверочный расчёт зубьев колёс на изгибную прочность.
Эквивалентное число зубьев:
Коэффициент формы зуба:
Коэффициент динамической нагрузки ;
Коэффициент концентрации нагрузки 11.
Коэффициент повышения прочности косозубой передачи по напряжениям изгиба:
Напряжение изгиба МПа.
Проверка на кратковременную перегрузку.
Максимальное контактное напряжение МПа.
Максимальное напряжение изгиба МПа.
Нагрузка валов редуктора
окружная сила на шестерне и колесе Н.
радиальная сила на шестерне Н.
осевая сила на шестерне и колесе Н.
от открытой косозубой цилиндрической передачи Н.
Проектный расчёт валов
Выбираем материал для валов редуктора – сталь 40Х термообработка – улучшение. Твердость НВ269 302 [25].
Определяем диаметры ступеней быстроходного вала: диаметр выходного конца мм:
=20 25МПа – допускаемое напряжение кручения.
Диаметр вала под подшипник мм.
Диаметр упорной ступени вала мм.
Определяем диаметры ступеней тихоходного вала редуктора:
Диаметр выходного конца мм.
Диаметр вала под подшипником мм.
Диаметр вала под колесом мм.
Расстояния от торца подшипника быстроходного вала до точки приложения его радиальной реакции мм.
Расстояние от точки приложения радиальной реакции подшипника до точки приложения силы давления цепной передачи мм.
Расстояние от точки приложения радиальной реакции подшипника до точки приложения силы давления ременной передачи мм.
Определение опорных реакций
Реакции в опорах А и В Н.
Суммарные реакции в опорах Н.
Осевая нагрузка опор Н.
Эквивалентная нагрузка подшипника Н.
где коэффициент вращения V=1 при вращении внутреннего кольца подшипника;
коэффициент безопасности);
температурный коэффициент).
Расчетная долговечность подшипника ч.
Реакции в опорах C и D Н.
Эквивалентные нагрузки подшипников Н.
Смазка зацепления и подшипников редуктора
В редукторах общего назначения для смазывания зубчатого зацепления применяется картерное смазывание (окунанием колеса в масло залитое внутрь корпуса) при окружной скорости колеса V≤14мс. Зубчатое колесо следует погружать в масло на высоту зуба (предельно допустимая глубина погружения = m 025 где m – модуль зацепления; – диаметр делительной окружности колеса) [16].
Объем масляной ванны редуктора определяется из расчета 05 08 л масла на 1кВт передаваемой мощности. Исходя из расчётов выбираем масло с кинематической вязкостью = 31 .
Подшипники смазываются пластичным смазочным материалом разбрызгиванием масла из картера колесом. Смазочный материал набивается в подшипниковый узел при сборке на несколько лет [24].
В приводах общего назначения рекомендуется применять муфту упругую втулочно-пальцевую [13]. Типоразмер муфты определяется по диаметру концов соединяемых валов и расчетному вращающему моменту.
Расчётный момент муфты Н · м
где k =00015 – коэффициент учитывающий условия эксплуатации:
Типоразмер муфты: =115 мм;=120 мм;=350 мм;=468 мм;=324 мм;;;.
При выборе муфты принимается материал полумуфт – чугун СЧ20 или сталь 30Л.
Расчёт шпоночный соединений
Для шпоночных соединений быстроходного вала с полумуфтой или шкивом и тихоходного вала с зубчатым колесом или полумуфтой принимаем призматические шпонки со скругленными концами [2 6]. Размеры поперечных сечений шпонок и пазов для них выбираем по ГОСТу 23360-78.
Сечение шпонки (в мм) ;глубина паза вала глубина паза вала ; фаска
Проверяем прочность шпонок на смятие МПа.
Уточнённый расчёт валов на прочность
Цель уточненного расчета валов – определение коэффициентов запаса прочности в опасных сечениях каждого вала.
Предел выносливости при симметричном цикле изгиба МПа.
Предел выносливости при симметричном цикле касательных напряжений кручения МПа.
Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям МПа.
где амплитуда и среднее напряжение цикла МПа.
Момент сопротивления кручению сечения вала мм.
– эффективный коэффициент концентрации напряжений;
– масштабный фактор;
– коэффициент влияния шероховатости поверхности;
– коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла.
Расчёт параметров корпуса редуктора
Рассчитаем толщину стенки корпуса и крышки редуктора мм.
Толщина верхнего пояса (фланца) корпуса мм.
Толщина нижнего пояса (фланца) крышки корпуса мм.
Толщина нижнего корпуса мм.
Толщина рёбер основания корпуса мм.
Толщина рёбер крышки мм.
В результате выполнения курсовой работы мной был рассчитан одноступенчатый конический редуктор с косыми зубьями. Мощность двигателя передаточное отношение модулем зацепления крутящим моментом на быстроходном валу и на тихоходном валу . Исходя из расчётов выбираем масло с кинематической вязкостью =31 .
В ходе выполнения курсовой работы мной были получены основы знаний по конструированию деталей машин оформление конструкторской документации и разработке типовых узлов механических систем на базе современных стандартов.
Дунаев П.Ф.Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для машиностроит. спец. – 5-е изд. доп. – М.;Машиностроение 2007. – 560 с. с ил.Конструирование узлов и деталей машин: Учебное пособие для студентов технических специальностей вузов - М: Издательский центр «Академия» 2003
Ерохин М.Н. Детали машин и основы конструирования - М: КолосС2016;
Давыдова И.В. Оформление технических документов в курсовых и дипломных проектах по кафедре «Технология машиностроения». Учеб. пособие И.В.Давыдова Г.А.Прокопец В.Н.Абрамова А.В.Гордиенко. Ростов-на-Дону: Издательский центр ДГТУ 2008. Правила оформления и требования к содержанию курсовых проектов (работ) и выпускных квалификационных работ (ДГТУ приказ №227 от 30.12.2015).
Иванов А.С. Детали машин: Учеб. для студентов втузов Род ред. В.А. Финогенова. – 6-е изд. переаб. – М.: Высш. Шк. 2000. – 383 с. ил.
Иванов М.Н. Финогенов В.А. Учебник для машиностроительных специальностей вузов - М: Высшая школа 2003;
Олофинская В.П. Детали машин. Краткий курс и тестовые задания: учеб. пособие В.П. Олофинская. – 2 –е изд. испр. и доп. – М. : ФОРУМ 2009. – 208 с. (Профессиональное образование).
Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие - Калининград: «Янтарный сказ» 2003;
Шелофаст В.В. Основы проектирования машин - М: Издательство АПМ 2005

Zubchatoe_koles (1).cdw

Направление линии зуба
Неуказанные предельные отклонения по 14 квалитету

Val_1.cdw

Reduktor_2.cdw

Неуказанные предельные отклонения размеров по 14 квалитету
Плоскость разъёма покрыть герметиком при сборке
Редуктор одноступенчатый