Проектирование узла тихоходного вала редуктора (тип - 20)

титул.doc

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
Уфимский государственный авиационный технический университет
Кафедра основы конструирования механизмов и машин
Проектирование узла тихоходного вала редуктора
Пояснительная записка
к курсовой работе по дисциплине детали машин .
(обозначение документа)

Курсач(мой) тих-ный, сх-92, ред-20(final).doc

Расчет данных для ввода в ЭВМ
1.Выбор электродвигателя.
2.Предварительный подбор материала твердости и термической обработки колес.
3.Допускаемые контактные напряжения
4.Выбор коэффициента ширины колеса относительно межосевого расстояния
5.Расчет эквивалентного времени работы
Выбор наиболее оптимального варианта компоновки редуктора
1.Условная длина редуктора
2.Максимальный размер колеса
4.Условная масса зубчатых колес
5.Объем корпуса редуктора
6.График зависимости V и m от количества вариантов:
Расчет частот вращения валов и моментов на валах.
Проверочный расчет тихоходной ступени.
1.Окончательный выбор материала и Т.О.
2.Расчет допускаемых контактных напряжений.
3.Определение действительных контактных напряжений
4.Расчет допускаемых изгибных напряжений.
5.Определение действительных изгибающих напряжений
Проверочный расчет быстроходной ступени.
Разработка эскизного проекта редуктора
1.Определение диаметров валов.
2.Расчет диаметров колес
3.Расстояние между деталями передач
4.Выбор типа подшипников
Конструирование зубчатых колес
1.Определение усилий действующих на вал.
2.Определение реакций и построение эпюр изгибающих моментов
3.Определение моментов в опасных сечениях и проверка подшипника.
4.Определение фактических запасов прочности в опасных сечениях и сопоставление с допускаемой величиной.
Подбор и расчет прочих элементов редуктора
1.Подбор и проверка шпонок на валах
2.Выбор крышек подшипников
Конструирование корпусных деталей и крышек.
2.Корпуса редукторов.
Смазывание зубчатых передач.
Эскизы стандартных изделий с указанием размеров
Привод грузоподъёмного устройства был сконструирован для передачи крутящего момента на барабан который обеспечивает движение каната со скоростью 051 мс.
Привод грузоподъёмного устройства состоит из электродвигателя редуктора барабана. Электродвигатель присоединен к редуктору при помощи муфты.
Редуктор осуществляет понижения частоты вращения (в данном случае частоты вращения барабана относительно частоты вращения вала электродвигателя) и повышение крутящего момента.
Редуктор состоит из 2-х цилиндрических быстроходной косозубой и тихоходной косозубой передач. Смазка зубчатых колес и подшипников осуществляется разбрызгиванием.
Для корпуса редуктора была применена современная конструкция. Все выступающие элементы устранены с наружных поверхностей и введены внутрь. Лапы под фундаментные болты не выступают за габариты корпуса проушины для подъема и транспортировки редуктора отлиты заодно с корпусом.
Для удобства сборки корпус выполняют разъемным. Плоскость разъема проходит через оси валов.
1.Диаметр грузового каната.
Диаметр каната определяется исходя из условия прочности с учетом коэффициента безопасности S устанавливаемого для каждой категории режима (ГОСТ 21354-87) по нормам ГОСГОРТЕХНадзора.
В упрощенных расчетах для легкого (4) и средних (2 и 3) режимов диаметр каната dк можно определить по формуле
мм и округлить до значения кратного 01 мм.
т.к. задан IV режим – лёгкий округлим до (по Дунаеву)
Диаметр грузового барабана лебедки (мм) предварительно назначаем из условия:
где е – коэффициент диаметра барабана выбираемый в соответствии с нормами ГОСГОРТЕХНадзора по табл. 1.4. примем е=16.
3.Частота вращения барабана.
Частота вращения барабана (мин-1) вычисляется по формуле:
4.Передаточное отношение привода. Выбор электродвигателя
Передаточное отношение привода определяется из условия
iред = nэд nб =10 30
Определим остюда nэд:
nэд=iред 64968=(10 30) 64968=64968 19490 обмин
Мощность двигателя Pэд связана (с учетом допускаемой перегрузки) с потребной (крюковой) мощностью P соотношением
гдеP – мощность привода определяемая по формуле:
V – скорость набегания каната на барабан 051 мс;
Fк – усилие в канате 9100Н.
Значение потерь мощности учитывается КПД рассчитываемым по универсальной формуле:
отсюда: Pэд ³ 088 559=492кВт
Электродвигатель привода подбираем по каталогу с использованием данных сводимых в Выберем
По требуемой мощности подбираем двигатель (1 табл. 24.9.) мощностью Требуемая частота вращения вала электродвигателя:
Окончательно выбираем двигатель АИР112М4:
Тип двигателя:112М41432
Синхронная частота:1 500 мин-1
Асинхронная частота:1432 мин-1
Передаточное число редуктора
Для нахождения передаточного числа:
5.Момент на барабане лебёдки.
Вращающий момент на барабане лебедки Н×м
Тбар = Fк × Dб 2000=9100×1502000=6825 Нм
6.Момент на зубчатом колесе тихоходной передачи.
Момент на колесе тихоходной передачи Т2Т редуктора Н×м
=6825096×099×1×095=68250922=7402Нм
7.Допускаемые контактные напряжения.
Предварительно по таблице 8.8 [2] выбираем материал Сталь 40Х: после выбора твердостей для всех элементов получаем:
Быстроходная ступень редуктора:
Т.о.Улучшение и закалка ТВЧ
Тихоходная ступень редуктора:
8.Допускаемые контактные напряжения
[]H1 – допускаемое контактное напряжение для шестерни []H2 – для колеса
Вычисляем их поочередно для быстро- и тихоходной ступеней редуктора по формуле:
SH – коэффициент безопасности;
ZN – коэффициент долговечности;
Для быстроходной ступени
За расчетное напряжение берем по формуле ([1] стр. 14)
Для тихоходной ступени
9.Выбор коэффициента ширины колеса относительно межосевого расстояния
Выбор осуществляется по таблице 8.4. [2] в зависимости от расположения колес относительно опор т.к. в нашем редукторе опоры располагаются несимметрично то значения выбираются из промежутка 025 04. Исходя из примечаний к этой таблице выбираем
10.Расчет эквивалентного времени работы
где LhE – эквивалентное время работы;
Lh – ресурс который нам задан;
– коэффициент эквивалентности зависящий от режима нагрузки (у нас режим нагрузки равен IV по таблице 8.10 [2]
4.Mасса зубчатых колес
6.График зависимости V(л.) и m(кг.) от номера варианта:
Руководствуясь условием наибольшей компоновки редуктора а также наименьшей его массы выбираем оптимальный вариант компоновки редуктора – вариант 4
Частота вращения входного вала:
Частота вращения промежуточного вала:
Частота вращения выходного вала:
- момент на валу электродвигателя
- момент на конце быстроходного вала
- момент на шестерне быстроходной ступени
- на колесе быстроходной ступени
- момент на шестерне тихоходной ступени
- на колесе тихоходной ступени
- момент на конце тихоходного вала
Для лучшей приработки зубьев твердость шестерни рекомендуется назначать больше твердости колеса не менее чем на 10 15 единиц.
Окончательно выбираем материал Сталь 40Х: после выбора твердостей для всех элементов получаем:
где - Коэффициент повышения прочности косозубых передач по контактным напряжениям
– коэффициент торцового перекрытия
– коэффициент учитывающий большее нагружение первой пары зубьев
– Приведенный модуль упругости
0941 – момент на шестерни передачи Н×м.
dw1 = 5908 – начальный диаметр шестерни мм;
bw = 548 – ширина зубчатого венца колеса мм;
aw = 20 – угол зацепления определяемый по п. 1.3.6;
u = 374 – передаточное число передачи u = z4 z3 .
КH – Коэффициент расчетной нагрузки
КH – Коэффициент концентрации нагрузки по графику 8.15[2]
КHv – Коэффициент динамической нагрузки по таблице 8.3[2]
Для выбора КHv подсчитываем окружную скорость шестерни и назначаем 7-ую точность:
Проверка по контактным напряжениям:
Т.к. расчетное напряжение меньше допустимого то параметры передачи принимаем за окончательные.
- Коэффициент безопасности по таб. 8.9 [2]
где - Коэффициент повышения прочности косозубых передач по напряжениям изгиба
KFα = 135 таб 8.7. [2]
– коэффициент формы зуба находится по рис 8.20 [2]
– коэффициент расчетной нагрузки
586 – момент на шестерне передачи Н×м.
dw1 = 3487 – начальный диаметр шестерни мм;
bw = 289 – ширина зубчатого венца колеса мм;
u = 588 – передаточное число передачи u = z2 z1 .
После определения межосевых расстояний размеров колес первым этапом нужно разработать эскизный проект. При эскизном проектировании определяют расположение деталей передач расстояния между ними ориентированные диаметры ступеней валов выбирают типы подшипников и схемы их установки.
Входной и выходной валы редуктора имеют консольные участки для установки муфт. Т.к. коническая форма консольного вала обеспечивает точное и надежное соединение возможность легкого монтажа и снятия устанавливаемых деталей. Консольные участки входного и выходного вала выполнены коническими. Конические концы по ГОСТ 12081-72 [1] стр.431. Конические концы и входного вала и выходного валов выполнены с наружной резьбой.
Вал I (Быстроходный)
Диаметр подшипников рассчитывается:
Принимаем и проверяем по справочнику наличие подшипника с данным диаметром.
Далее рассчитываем буртик подшипника:
. Округляем до 36 мм
принимается предварительно
Вал II (Промежуточный)
Диаметр буртика колеса:
Вал III (Тихоходный)
Делительные диаметры:
Диаметры окружностей впадин и вершин:
Чтобы поверхности вращающихся колес не задевали за внутренние поверхности стенок корпуса между ними оставляют зазор «а» мм
где L – расстояние между внешними поверхностями деталей передач
Расстояние b0 между дном корпуса и поверхностью колес для всех редукторов и коробок принимают:
Расстояние между торцовыми поверхностями колес редуктора принимают:
Чаще всего для опор валов цилиндрических прямозубых и косозубых колес редукторов применяют шариковые радиальные подшипники.
При мелкосерийном производстве применяют простейшие формы зубчатых колёс изготовляемые из прутки или свободной ковкой с последующей токарной обработкой.
Зубчатое колесо на промежуточном валу
Итак выбираем форму колеса по рис. 5.1в [1]
lст принимаем равной 40 мм
На практике при изготовлении цилиндрических колес необходим контроль постоянной хорды:
При этом нужно знать высоту от вершин зуба колеса до постоянной хорды:
Зубчатое колесо на выходном валу
lст принимаем равной 70 мм
Шестерня на входном валу
Этот вал будет валом-шестерней. Выбираем конструкцию ( рис 10.6 г [1])
Для известного модуля выбираем степень точности 7 и по таблице (стр.160[1]) смотрим диаметр фрезы
Шестерня на промежуточном валу
Этот вал будет валом-шестерней. Выбираем конструкцию ( рис 10.8 а [1])
Рассмотрим тихоходный вал
Расчетная схема вала рассматривается в двух взаимно перпендикулярных плоскостях – плоскости YOX (вертикальной плоскости) и ZOX (горизонтальной плоскости). Также большинство муфт вследствие неизбежной несоосности соединяемых валов нагружают вал дополнительной силой FM поэтому дополнительно рассматривается плоскость в которой расположен вектор силы FМ – плоскость смещения рассчитываемого и присоединяемого к нему валов.
При расчете валов приближенно можно принимать для выходных валов редукторов . В нашем случае .
Эпюры моментов строим используя формулу разброса. Отмечу что для дальнейших расчетов нам безразличен знак полученного момента поэтому все эпюры построены в положительной полуплоскости.
На колесо тихоходной ступени действует окружная Ft осевая Fa и радиальная Fr силы. При переносе их на вал возникает вращающий момент T4 и изгибающий Mи.
Вертикальная плоскость
Горизонтальная плоскость
Плоскость смещения валов:
Суммарная сила реакций опор:
Определяем наибольшую нагруженную опору.
По табл. 16.5 [2] FAC0 = 0084 V=1 e=028
X=1 Y=0 (Соответственно коэффициенты радиальной и осевой сил)
Здесь Kб=13 – Коэффициент безопасности учитывающий характер нагрузки Kт=1 – Температурный коэффициент
Наиболее нагружена опора B
Определяем динамическую грузоподъемность
здесь p=3 для шариковых подшипников
a1 – коэффициент надежности примем равным «1»
a2 – коэффициент совместного влияния качества металла и условий эксплуатации (табл. 16.3) a2=08
L – ресурс млн. оборотов
Значит C (потребная) > С (паспортная)
Таким образом выбранный подшипник не выдержит нагрузку в течение заданного времени.
Назначим подшипник средней серии: Подшипник 310 ГОСТ 8338-75 и внесём соответствующие изменения в таблицу(п.8.4).
Таким образом выбранный подшипник выдержит нагрузку в течение заданного времени.
Запас сопротивления усталости при совместном действии напряжений кручения и изгиба определяется
Определяем коэффициент запаса по изгибу и кручению
где и – амплитуда переменных составляющих циклов напряжений
и – постоянные составляющие
– коэффициенты корректирующие влияние постоянной составляющей цикла напряжений на сопротивление усталости
Выбираем материал для вала: Сталь 45 улучшенная
Для этой стали имеем:
Рассмотрим сечение вала в месте опоры В (Наиболее нагруженное место):
– эффективный коэффициент концентрации напряжений при изгибе (табл. 15.1 [2])
– фактор шероховатости поверхности
–коэффициент концентрации напряжений при кручении
В сечении C прочность обеспечена
Шпонка на выходном тихоходном валу Гост 23360-78:
B=18 мм; h=11 мм; t=7 мм; t1=4.4 мм; lр=59 мм
Шпонка на промежуточном валу под колесо Гост 123360-78 :
B=10 мм; h=8 мм; t=5 мм; t1=3.3 мм; lр=37 мм
Прочность шпонок обеспечена.
Выбираем закладные крышки. Их преимущество в том что они не требуют крепления к корпусу резьбовыми деталями т.к. их удерживает кольцевой выступ для которого в корпусе протачивают канавку. Чтобы обеспечить сопряжение торцов выступа крышки и канавки корпуса по плоскости на наружной цилиндрической поверхности крышки перед торцом выступа желательно выполнять канавку шириной b. Наружный диаметр крышки выполняют с такими отклонениями при которых в сопряжении с корпусом крышка образует очень малый зазор препятствующий вытеканию масла из корпуса. Толщина стенок применяется в зависимости от диаметра отверстия под подшипник. Обычно крышки изготавливают из чугуна.
Крышка подшипников на I и II валах:
Крышка подшипников на III валу:
Манжетные уплотнения применяют при смазывании подшипников жидким маслом и при окружной скорости вала до 20 мс. Манжета состоит из корпуса изготовленного из маслобензостойкой резины каркаса из стального кольца Г-образного сечения и браслетной пружины. Размеры манжет выбираются по табл. 24.26 [1].
d=30 мм D=52 мм h=10 мм
d=50 мм D=70 мм h=10 мм
Корпусные детали обычно имеют довольно сложную форму поэтому их получают методом литья широко используют чугун сталь.
Стенки корпусной детали следует выполнять одинаковой величины. Толщину стенок желательно уменьшать до величины определяемой условиями хорошего заполнения формы жидким металлом. Толщину стенки вычисляют по формуле (необходимая прочность):
Толщину стенок крышки корпуса делают тоньше
Плоскости стенок встречающихся под прямым углом сопрягают радиусом r=05=4 мм и R=15=12 мм
Толщину внутренних ребер из-за более медленного охлаждения металл должна быть равна 08 =6 мм. Высота ребер не менее 40 мм.
Размеры корпуса определяет число и размеры размещенных в нем деталей.
Корпуса современных редукторов очерчивают плоскими поверхностями все выступающие элементы устраняют с наружных поверхностей и вводят внутрь корпуса лапы под болты крепления к основанию проушины для транспортировки редуктора отлиты заодно с корпусом. При такой конструкции корпус характеризуют большая жесткость и лучшие виброакустические свойства повышенная прочность в местах расположения болтов крепления упрощение наружной очистки удовлетворение современным требованиям технической эстетики.
Для удобства сборки корпус выполняют разъемным плоскость разъема проходит через оси валов. Плоскость разъема для удобства обработки располагают параллельно плоскости основания. Для соединения корпуса и крышки по всему контуру плоскости разъема редуктора выполняют специальные фланцы.
Диаметры приливов для подшипниковых гнезд принимают по формуле:
Крепление крышки редуктора к корпусу.
Для соединения крышки с корпусом выбираем болты с наружной шестигранной головкой диаметр принимаем (стр. 264. [1]) Принимаем диаметр d =12 мм
Фиксирование крышки относительно корпуса.
Отверстия в подшипниковом гнезде для установки подшипников должны иметь правильную цилиндрическую форму. При сборке редуктора во время затяжки болтов соединяющих корпус с крышкой возможно некоторое смещение крышки относительно корпуса кроме того торцы приливов у подшипниковых гнезд на крышке редуктора и корпусе могут не совпасть что повлечет перекос крышек подшипников и их наружных колец. Следовательно при сборке редуктора нужно точно фиксировать положение крышки относительно корпуса необходимую точность достигают штифтами и их диаметр рассчитывается:
Возьмем два конических штифта с внутренней резьбой резьбу используют для извлечения штифта при разборке редуктора.
Поверхности сопряжения корпуса и крышки для плотного их прилегания шабрят или шлифуют. При сборке узла эти поверхности для лучшего уплотнения покрывают тонким слоем герметика.
Конструктивное оформление опорной части корпуса.
Опорную поверхность корпуса следует выполнять в виде нескольких небольших платиков расположенных в местах установки болтов или шпилек.
Диаметр винта крепления редуктора к плите:
где d – это диаметр болта крепления крышки и корпуса редуктора.
Число z винтов принимают в зависимости от межосевого расстояния awT (мм) тихоходной ступени z=4 (при a=140).
Места креплении оформляют в виде ниш расположенных по углам корпуса. Высоту ниши принимают при креплении болтами
Оформление сливных отверстий.
В редуктор масло заливается через верхний люк. При работе передачи масло постепенно загрязняют продукты изнашивания оно стареет – свойства его ухудшаются. Поэтому масло периодически меняют. Для слива масла в корпусе выполняют сливное отверстие закрываемое пробкой. Дно корпуса желательно делать с уклоном в 050 в сторону сливного отверстия.
Перед сверлением сливного отверстия прилив в корпусе фрезеруют поэтому он должен выступать над необрабатываемой поверхностью на высоту 4мм. Отверстие для выпуска масла закрывают пробкой с цилиндрической резьбой.
Оформление прочих конструктивных элементов корпусных деталей.
Для подъема и транспортирования крышки корпуса и редуктора в сборе применяют проушины отливая их заодно с крышкой d=30мм R=30мм
Для заливки масла в редуктор контроля правильности зацепления и для внешнего осмотра деталей делают люки. Для среднесерийного производства применяют стальную штампованную крышку для того чтобы внутрь корпуса не засасывалась пыль под крышку ставят полосы из технической резины привулканизированные к крышке. Крышки крепят винтами.
Толщину стенок и высоту H принимают:
по Анурьеву выбираем винты d=8мм
В крышках люков удобно располагать пробковые отдушины:
Выбираем отдушину по рис. 11.16б [1]
В редукторе должно быть обеспечено надежное смазывание трущихся поверхностей. Для смазывания применяют картерную систему т.е. в корпус редуктора заливают масло так чтобы венцы колес были в него погружены. Колеса при вращении разбрызгивают его разбрызгивают. Вязкость масла выбирают в зависимости от контактного напряжения и окружной скорости колес Вязкость равна 60 мм2. Далее по табл. 11.2 [1] выбираем масло И-Г-А-68. Допустимые уровни погружения колес цилиндрического редуктора в масляную ванну:
Также надо учитывать что при окружной скорости больше 1 мс достаточно погружать в масло только одно колесо тихоходной ступени.
Для наблюдения за уровнем масла в корпусе установим маслоуказатель круглый из прозрачного материала
П.Ф. Дунаев О.П. Леликов «Конструирование узлов и деталей машин» - М.: Высшая школа 2001. – 447с.
М.Н. Иванов «Детали машин» - М.: Высшая школа 2000 – 383с.
В.И. Анурьев «Справочник конструктора-машиностроителя» том 1. - 1978. – 728с
В.И. Анурьев «Справочник конструктора-машиностроителя» том 2. - 1979. – 728с.
В.И. Анурьев «Справочник конструктора-машиностроителя» том 3. - 1978. – 728с.
Е.И. Годик А.М. Хаскин «Справочное руководство по черчению» - М.: Машиностроение – 696с.
В.Д. Мягков «Допуски и посадки» Л.: Машиностроение – 1983. – 448с.
Эскизы стандартных изделий
Болт M12х60 ГОСТ 7796-70
Винт М6х14 ГОСТ 1491-72
Манжета ГОСТ 8752-79
Шайба 12 65Г ГОСТ 6402-70
Шайба 6 65Г ГОСТ 6402-70
Штифт 4m6 Х 12 ГОСТ 3128-70
Штифт 12 Х 44 ГОСТ 9464-79
Подшипник ГОСТ 8338-75
Шайба 7019-0627 ГОСТ 14734-69
Шпонки ГОСТ 23360-78

Спецификация-тихиходный.spw

Пояснительная записка
Крышка подшипника сквозная
Крышка подшипника глухая
Кольцо регулировочное
Мaнжета 1-50 х 100-1 ГОСТ 8752-79
Винт М6 х 14 ГОСТ 1491-72
Штифт 4х12 ГОСТ 9464-79
Шайба 7019-0627 ГОСТ 14734-69
Шайба 6х65Г ГОСТ 6402-70
Болт М12х60 ГОСТ 7796-70
Шпонка 18 х 11 х 60 ГОСТ 23360-78
Шпонка 12 х 8 х 70 ГОСТ 23360-78
Подшипник 310 ГОСТ 8338-75

тихиходный.cdw