Одноступенчатый вертикальный цилиндрический косозубый редуктор общего назначения для длительной работы (техническая механика)

Пояснительная к курсовому.doc

Министерство образования Республики Беларусь
УО «Минский государственный автомеханический колледж»
-37 01 06 «Техническая эксплуатация автомобилей»
по технической механике
Одноступенчатый вертикальный цилиндрический косозубый редуктор общего назначения для длительной работы
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Выбор электродвигателя и кинематический расчет привода
Расчет зубчатой передачи
Предварительный расчет валов редуктора
Конструктивные размеры зубчатой пары
Размеры элементов корпуса и крышки
Проверка прочности шпоночных соединений
Проверочный расчет валов
Описание конструкции и сборки редуктора
Технико-экономические показатели
Редуктором называется механизм состоящий из зубчатых или червячных передач выполненный в виде отдельного органа и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины.
Назначение редуктора - понижение угловой скорости и повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим.
Редуктор состоит из корпуса в котором размещают элементы передачи - зубчатые колеса валы подшипники муфты и т.д. В отдельных случаях в корпусе размещают также устройства для смазывания или устройства для охлаждения.
Наиболее распространены горизонтальные редукторы. Как горизонтальные так и вертикальные редукторы могут иметь колеса с прямыми косыми и круговыми зубьями. Корпус чаще всего выполняют литым чугунным реже сварным - стальным. Валы монтируются на подшипниках качения или скольжения. Выбор горизонтальной или вертикальной схемы для редукторов всех типов обусловлен общей компоновкой привода.
Спроектированный в настоящем курсовом проекте привод соответствует условиям технического задания. Редуктор реверсивный. Он может применяться в приводах быстроходных конвейеров транспортеров элеваторов других рабочих машин.
Конструкция редуктора отвечает техническим и сборочным требованиям. Конструкции многих узлов и деталей редуктора учитывают особенности единичного производства.
Корпус редуктора выполнен разъёмным литым из чугуна марки СЧ 15 ГОСТ 1412-79. Оси валов редуктора расположены в одной (вертикальной) плоскости. Благодаря разъему в плоскости осей валов обеспечивается наиболее удобная сборка редуктора.
Валы редуктора изготавливаются из стали 40. Для опор валов используются подшипники качения.
Валы редуктора воспринимают только радиальную нагрузку поэтому он опирается на пару шариковых радиальных подшипников. Чтобы компенсировать удлинение вала при нагреве предусмотрен зазор между глухой крышкой подшипника и наружным кольцом подшипника. Смазка зубчатых колес редуктора - картерная т.е. посредством окунания зубчатых колес в масляную ванну на дне корпуса редуктора.
Для смазывания шариковых радиальных подшипников применяются жидкие материалы. Смазывание происходит за счет смазывания зубчатых колес окунанием разбрызгивания масла образования масляного тумана и растекания масла по валам. Для этого полость подшипника выполняется открытой внутрь корпуса.
Выбор электродвигателя и кинематический расчет
1 Составляем кинематическую схему
2 Коэффициент полезного действия
где - КПД цилиндрической зубчатой передачи;
- КПД подшипников качения;
3 Расчетная мощность на выходном валу
4 Частота вращения выходного вала
5 Выбираем электродвигатель
Принимаем электродвигатель асинхронный 4А100L4У3 [1 c280]
Параметры электродвигателя:
6 Проверяем отклонение частоты вращения вала двигателя от найденной для быстроходного вала редуктора
что соответствует рекомендациям.
7 Силовые и кинематические параметры валов привода
- крутящий момент на валах
8 Задаемся числом зубьев шестерни с целью уменьшения шума принимаем .
9 Определяем число зубьев колеса
10 Задаемся предварительно углом наклона линии зуба согласно рекомендации: - для косозубых передач.
1 Выбор материала и определение допусканмых напряжений
1.1 Для изготовления колес принимаем материалы со средними механическими свойствами так как в задании к редуктору не предъявляются жестких требований в отношении габаритов передачи. Для шестерни принимаем сталь 45 твердость НВ 210. Для колеса принимаем материал – сталь 35 твердость НВ 180. Учитывая что число нагружений в единицу времени зубьев шестерни в передаточное число раз больше числа нагружений зубьев колеса для обеспечения одинаковой контактной усталости механические характеристики материала шестерни должны быть больше чем у колеса: [1 c42]
Для получения необходмой твердости материала назначаем режимы обработки:
- для шестерни - термообработка: улучшение;
- для колеса -термообработка : нормализация
1.2 Допускаемые контактные напряжения при расчете на контактную усталость
где - предел контактной выносливости
- коэффициент долговечности учитывающий срок службы передачи; при длительном цикле работы [1 т4.1.2]
- коэффициент учитывающий шероховатость сопряженных поверхностей; [1 т4.1.4]
- коэффициент учитывающий влияние окружной скорости; [1 т4.1.5]
- коэффициент учитывающий размер зубчатого колеса: для колес принимаем [1 т4.1.5]
- коэффициент учитывающий влияние вязкости смазочного материала; [1 т4.1.6]
SH – коэффициент запаса прочности; SH1=11; SH2=11
В качестве расчетного для косозубых передач принимаем
Проверяем соблюдение условия
- условие выполняется.
1.3 Проверяем допускаемые напряжения изгиба при расчете на усталость
где - предел выносливости зубьев при изгибе соответствующий базовому числу циклов напряжений;
- коэффициент долговечности учитывающий срок службы передачи; при длительном цикле работы [1 т4.1.8]
- коэффициент учитывающий шероховатость сопряженных поверхностей; [1 т4.1.8]
- коэффициент учитывающий размер зубчатого колеса: для колес принимаем [1 т4.1.9]
- опорный коэффициент учитывающий чувчтвительность материала к концентрации напряжений; [1 т4.1.8]
– минимальный коэффициент запаса прочности;
2 Проектировочный расчет пердачина контактную усталость активных поверхностей зубьев
2.1 Межосевое расстояние
где - для косозубых колес;
- коэффициент учитывающий неарвномерность распределения нагрузки по ширине венца:
- коэффициент ширины шестери относительно межосевого растояния;
По ГОСТ 2185 принимаем .
2.2 Ширина зубчатых колес
- ширина венца шестерни 1
- ширина венца зубчатого колеса 2
Принимаем в1 = 51 мм в2 = 55 мм.
2.3 Принимая предварительно определим модуль зацепления
принимаем mn = 15 мм
2.4 Суммарное число зубьев передачи:
2.5 Число зубьев шестерни: ;
2.6 Действительное передаточное число
2.7 Действительный угол наклона зуба
2.8 Делительные диаметры
2.9 Диаметр вершин зубьев
2.10 Диаметр впадин зубьев
3 Расчетные контактные напряжения
где - коэффициент учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца;
- коэффициент учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении;
- коэффициент учитывающий неравномерность распределения нагрузки между зубьями;
sH = 18181 МПа sHp = 417 МПа- условие прочности выполняется.
4 Силы в зацеплении зубчатых колес
Предварительный расчет валов
1 Рассмотрим ведущий вал
Определяем диаметр выходного конца из расчета на чистое кручение по пониженному допускаемому напряжению без учета влияния изгиба:
где - допускаемое напряжение на кручение.
Так как вал редуктора соединен с валом электродвигателя () муфтой то необходимо согласовать диаметр ведущего вала с валом двигателя. При этом должно быть выполнено соотношение:
Диаметр вала под подшипники
Шестерню выполним как одно целое с валом.
2 Рассмотрим ведомый вал
Диаметр вала под уплотнение манжетное .
Диаметр вала под колесо зубчатое .
1 Конструирование шестерни
Принимаем конструкцию – вал-шестерню с размерами:
Конструкция вала приведена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Конструкция вал-шестерни
2 Конструирование колеса
Принимаем колесо кованое. Конструкция колеса приведена на рисунке 3.
Рисунок 3 – Конструкция колеса кованого
Диаметр ступицы . [2с.233]
Длина ступицы . [2с.233]
Фаска венца на диаметре вершин
Толщина венца . Принимаем
Диаметр расположения отверстий
Размеры корпуса и крышки
1 Толщина стенок корпуса и крышки
2 Толщина фланцев поясов корпуса и крышки
2.1 Толщина верхнего пояса
2.2 Толщина нижнего пояса корпуса
3.1 Фундаментные болты
Принимаем болты с резьбой М16. [2с.242]
3.2 Болты крышки подшипников
Принимаем болты с резьбой М8. [2с.242]
3.3 Болты соединяющие корпус с крышкой
Принимаем болты с резьбой М12 [2с.242]
1.1 Исходные данные из предыдущих расчетов
1.2 Выполняем эскизную компоновку вала.
Рисунок 4 – Эскизная компоновка вала
1.3 Составляем расчетную схему вала и определяем реакции опор вала
Рисунок 5 – Расчетная схема вала
Определение реакций опор
Реакция опоры направлена противоположно направлению указанному на схеме.
Вычисления произведены верно.
1.4 Определяем суммарные реакции (радиальные нагрузки на подшипники)
1.5 Подбираем подшипники по более нагруженной опоре.
Назначаем тип подшипника определив соотношение осевой силы к радиальной силе
Назначаем подшипник радиально-упорный 1036205 ГОСТ 831-75: ; ;
- статическая грузоподъемность;
- динамическая грузоподъемность.
1.6 Определяем коэффициент осевого нагружения
где - коэффициент вращения;
- коэффициент безопасности;
- коэффициент температурный;
в этом случае X = 045; Y = 122
Эквивалентная нагрузка
1.7 Определяем номинальную долговечность подшипников в часах
Для ведущего вала ресурс работы подшипников 23360 часов. Следовательно выбранный подшипник подходит для применения в проектируемом редукторе.
2.1 Исходные данные из предыдущих расчетов
2.2 Выполняем эскизную компоновку вала.
Рисунок 6 – Эскизная компоновка вала
2.3 Заменяем вал балкой с опорами в местах подшипников
Рисунок 7 – Расчетная схема вала
2.3 Определяем суммарные реакции (радиальные нагрузки на подшипники)
2.4 Подбираем подшипники по более нагруженной опоре.
Назначаем подшипник радиально-упорный 1036206 ГОСТ 831-75: ; ;
2.5 Определяем коэффициент осевого нагружения
Следовательно эквивалентную нагрузку определяем без учета осевой нагрузки на подшипник.
2.6 Определяем номинальную долговечность подшипников в часах
Для ведущего вала ресурс работы подшипников 37640 часов. Следовательно выбранный подшипник подходит для применения в проектируемом редукторе.
Для закрепления на валах зубчатых колес и муфт применены призматические шпонки выполненные по ГОСТ 23360 СТ СЭВ 189-75. Материал шпонок - чистотянутая сталь 45 для шпонок с пределом прочности .
Так как высота и ширина призматических шпонок выбираются по стандартам расчет сводится к проверке размеров по допускаемым напряжениям при принятой длине или на основании допускаемых напряжений находится ее длина.
Рабочая длина шпонки определяется по формуле:
где - крутящий момент на валу Нм;
- заглубление шпонки в валу мм
- допускаемое напряжение смятия при стальной ступице .
1 Шпонка под зубчатое колесо на ведомом валу
Выбираем шпонку для диаметра с крутящим моментом для которой .
Определяем минимальную длину:
Принимаем: Шпонка ГОСТ 23360-78.
Выполнение проверочного расчета ведущего вала не имеет смысла так как его диаметр был преднамеренно увеличен для согласования вала двигатели и входного вала редуктора. Этим был обеспечен запас прочности.
Составляем расчетную схему нагружения вала используя значения реакций опор в двух плоскостях полученные при подборе подшипников.
Устанавливаем два предполагаемых опасных сечения подлежащих проверке на усталостную прочность:
а) сечение проходящее через середину венца зубчатого колеса ;
б) сечение проходящее через опору у выходного конца вала .
Для этих сечений должно соблюдаться условие
где - требуемый коэффициент запаса усталостной прочности; .
- коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям;
- пределы выносливости материала при изгибе и кручении.
- эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении;
- коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения;
- коэффициент влияния шероховатости поверхности.
- коэффициент характеризующий чувствительность материала вала к ассиметрии цикла измерения напряжений;
- амплитудные и средние напряжения циклов нормальных и касательных напряжений.
Вал реверсивный; напряжения изгиба изменяются по симметричному циклу а напряжения кручения – по отнулевому циклу.
Для симметричного цикла ; [1 c75]
Для отнулевого цикла [1 c75]
Напряжения изгиба и кручения в сечении
где - изгибающий момент;
- осевой и полярный моменты сопротивления в сечении.
Чтобы определить изгибающие моменты в сечениях строим эпюры моментов в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Эпюры приводим на рисунке 8.
Определим суммарные изгибающие моменты
- условие прочности по данному сечению выполняется.
Единая система допусков и посадок – ЕСДП регламентирована стандартами СЭВ и в основном соответствует требованиям Международной организации по стандартизации – ИСО.
Посадки основных деталей передач.
- зубчатые колеса и зубчатые муфты на валы;
- зубчатые колеса при частом демонтаже; шестерни на валах электродвигателей; муфты; мазеудерживающие кольца;
- стаканы под подшипники качения в корпус; распорные втулки;
- муфты при тяжелых ударных нагрузках;
- распорные кольца; сальники.
Отклонение вала k6 – внутренние кольца подшипников на валы.
Отклонение отверстия H7 – наружные кольца подшипников качения в корпусе. Для подшипников качения указаны отклонения валов и отверстий а не обозначение полей допусков соединений потому что подшипники являются готовыми изделиями идущими на сборку без дополнительной обработки.
1 Смазывание зубчатого зацепления
Так как у нас редуктор общего назначения и окружная скорость не превышает 125 мс то принимаем способ смазывания - окунанием. Принимаем для смазывания масло И-Г-С-68 ГОСТ 17479.4-87.
Минимальный объем масляной ванны .
Контроль уровня масла осуществляется при помощи круглого маслоуказателя. Для замены масла в корпусе предусмотрено сливное отверстие закрываемое пробкой с цилиндрической резьбой. Внутренняя полость корпуса сообщается с внешней средой посредством установленной на крышку отдушины. Заливка масла осуществляется путем снятия крышки корпуса.
Для тихоходных и среднескоростных редукторов смазки зубчатого зацепления осуществляется погружением зубчатого колеса в маслянную ванну кратера. Масло И-100А которое заливается в кратер редуктора с таким расчетом чтобы зубчатое колесо погрузилось в масло не более чем на высоту зуба.
2 Смазывание подшипников
Для смазывания подшипников принимаем жидкие материалы. Смазывание подшипников редуктора происходит за счет смазывания зубчатых колес окунанием разбрызгивания масла образования масляного тумана и растекания масла по валам. Для этого полость подшипника выполняется открытой внутрь корпуса.
Перед сборкой внутреннюю полость корпуса редуктора тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской. Сборку производят в соответствии с чертежом общего вида редуктора начиная с узлов валов:
- на быстроходный вал насаживают маслоудерживающие кольца и подшипники предварительно нагретые в масле до 80-100°С.
- в тихоходный вал закладывают шпонку и напрессовывают зубчатое колесо а затем надевают распорную втулку мазеудерживающие кольца и устанавливают подшипники нагретые предварительно в масле.
Собранные валы укладывают в основание корпуса редуктора и надевают крышку корпуса покрывая предварительно поверхности стыка крышки и корпуса спиртовым лаком. После этого на тихоходный вал надевают распорное кольцо в подшипниковые камеры закладывают смазку ставят крышки подшипников. Проверяют проворачиванием валов отсутствие заклинивания подшипников (валы должны проворачиваться от руки) и закрепляют крышки винтами. Далее на конец тихоходного вала в шпоночную канавку закладывают шпонку устанавливают полумуфту и закрепляют ее. Затем ввертывают пробку маслоспускного отверстия с прокладкой и маслоуказатель. Заливают в корпус масло и закрывают смотровое отверстие крышкой с прокладкой; закрепляют крышку болтами. Собранный редуктор обкатывают и подвергают испытанию на стенде по программе устанавливаемой техническими условиями. Для транспортировки редуктор отсоединяют от электродвигателя снимая муфту. Затем с помощью подъемника транспортируют в нужное место. При этом обязательно нужно пользоваться (во избежание несчастных случаев) предусмотренными для этого в крышке редуктора рым-болтами.
1 Важным показателем совершенства конструкции является условие равной прочности и равной долговечности всех элементов поскольку наличие в конструкции хотя бы одного недостаточно долговечного элемента снижает надежность конструкции в целом. В данной конструкции редуктора валы рассчитаны на неограниченный а подшипники на ограниченный ресурс. При этом предусмотрена замена подшипников при очередных плановых ремонтах. В противном случае расчет подшипников на большой ресурс мог бы привести к неоправданному завышению веса конструкции и габаритов. Главное на что было обращено внимание при проектировании – чтобы ни один из этих элементов не выходил из строя раньше намеченного срока очередного планового ремонта.
2 В проекте широко использованы стандартные изделия (подшипники муфты крепежные детали уплотнения сливная пробка пробка-отдушина) а также стандартные элементы конструкций. Этот важнейший технико-экономический фактор обеспечил:
2.1 Уменьшение объема конструктивных работ благодаря сокращению вновь проектируемых узлов и деталей и выполняемых чертежей.
2.2 Снижение сроков изготовления и общей стоимости изделия за счет применения стандартной технологии готовых (покупных) относительно дешевых стандартных деталей и инструментов.
2.3 Регламентацию всех характеристик стандартизированных объектов что дает возможность централизации их производства широкой кооперации международного обмена и легкой замены во время эксплуатации и ремонта.
3 На всех стадиях проектирования редуктора соблюдался принцип унификации направленной на повышение технико-экономических показателей конструкции модули зубчатых колес крепежные детали посадочные размеры и материалы. После разработки сборочных чертежей окончательный анализ как унификация модулей зубьев уменьшает номенклатуру зуборезного инструмента.
3.1 Унификация модулей зубьев уменьшает номенклатуру зуборезного инструмента.
3.2 Унификация посадочных размеров снижает номенклатуру контрольных калибров.
3.3 Унификация крепежных деталей уменьшает комплект гаечных ключей и количество запасных деталей упрощает ремонтное обслуживание и эксплуатацию.
4 Назначение посадок допусков степеней точности и классов чистоты поверхности деталей выбраны с позиции их влияния на эксплуатационные свойства редукторов и согласованы с технологическими возможностями производства редукторов поскольку необоснованно высокие требования повысили бы себестоимость редуктора не улучшая его качества. Выбранные степени точности соответствуют квалитетам 8-9 что наиболее экономично для редукторов общего назначения. Использована наиболее распространенная система отверстия поскольку сокращается номенклатура дорогих инструментов для отверстий.
5 Экономические аспекты при проектировании проявляются при выборе материалов термообработки упрочняющей технологии формы и способы изготовления детали. Технологичность деталей и узлов является одним из важнейших условий в создании машин с оптимальными технико-экономическими показателями. При серийном производстве наиболее экономичным является формообразование деталей (частичная или окончательная) методом литья или пластическим деформированием (обработка давлением) в отличии формообразования снятием стружки. При этом ускоряется процесс производства уменьшается расход материалов и снижаются затраты на электроэнергию и инструмент.
6 Поскольку до 50% общей трудоемкости изготовления редуктора падает на сборочные операции а от качества сборки в большей степени зависит осуществление удобной сборки и разборки были исключены ручные операции неправильное взаимное положение сопряженных узлов (например с помощью штифтов и болтов устанавливаемых без зазора). Было уменьшено число деталей сделана удобная компоновка узлов с легкодоступными местами крепления.
7 Экономичность надежность долговечность КПД виброактивность интенсивность шума и другие показатели редуктора в большей степени зависят от изнашивания рабочих поверхностей. Трение и изнашивание наносят огромный ущерб народному хозяйству. Установлено что 85-90% машин выходят из строя в результате изнашивания деталей и только 10-15% - из-за поломок которые в свою очередь являются следствием изменения условий труда неквалифицированным и несвоевременным обслуживанием и прочее. Для снижения коррозийно-механического изнашивания использованы рекомендации последних исследований по вопросу смазки и смазочных устройств. Эти исследования убедительно доказывают что усовершенствованные смазки являются наиболее эффективной мерой направленной на повышение несущей способности и долговечности редуктора.
8 При оценке экономичности редуктора учтены затраты на материалы изготовление и эксплуатацию поскольку одним из важных показателей при такой оценке является массогабаритный характер.
Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т.- 6-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение 1982. -Т.2. -584 с.; Т.3. - 576 с.
Кузьмин А.В. Курсовое проектирование деталей машин: Справочное пособие – Мн.: Вышейшая школа 1982 т.1. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин. - М.: Высшая школа 1985. - 416 с.:
Кузьмин А.В. Расчеты деталей машин: Справочное пособиеА.В. Кузьмин и др. - Мн.: Вышэйшая школа 1986 - 208 с.
Дунаев П.Ф. Леликов О.П. Варламова Л.П. Допуски и посадки. Основание выбора: Учебн. пособие для студентов машиностроительных вузов. - М.: Высшая школа 1984. - 112 с.
Детали машин и основы конструирования.А.Т. Скойбеда А.В. Кузьмин Н.Н. Макейчик; Под общ. ред. А.Т. Скойбеды. - Мн.:Выш. шк. 2001. - 292 с.:
Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин. - М.: Высшая школа 1985. - 416 с.:

чертеж.dwg

Техническая характеристика
Вращающий момент на тихоходном валу
Частота вращения тихоходного вала
Общее передаточное число 3
Степень точности изготовления передачи 9-В
Коэффициент полезного действия привода 0
Технические требования
Размеры для справок.
В редуктор заливать масло И-Г-А-68 ГОСТ 17479-81.
Необработанные поверхности литых деталей
находящихся в масляной ванне
красить маслостойкой эмалью
Наружные поверхности корпуса красить эмалью
Плоскость разъема покрыть тонким слоем герметика
УТ-34 ГОСТ24285-80 при окончательной сборке
Ведущий вал собранного редуктора должен
Уровень масла контролировать маслоуказателем поз.
Течь масла в местах неподвижных соединений
не допускается.Требования к манжетным уплотнениям
валов по ГОСТ 8752-79
проворачиваться без заеданий.
Нормальный исходный контур
Коэф. смещения исходного
Направление линии зуба
Межосевое расстояние
Точность зубчатого колеса в соответствии с
Неуказанные предельные отклонения ±IT142
Сталь 35 ГОСТ 1050-88
Общие допуски по ГОСТ 30893.2
Неуказанные радиусы закругления R3max
Сталь 45 ГОСТ 1050-88
Кольцо мазеудерживающее
Крышка люка смотрового
Подшипник 205 ГОСТ 831-75
Гайка М8 ГОСТ 5927-70
Шпонка ГОСТ 23360-78
Штифт 8х30 ГОСТ 9464-70
Подшипник 305 ГОСТ 831-75
Манжета 1-1 25х38 ГОСТ 8752-79
Манжета 1-1 30х45 ГОСТ 8752-79
Гайка М10 ГОСТ 5927-70