Расчет и проектирование одноступенчатого цилиндрического редуктора

Мой курсач.doc

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ МЕХАНИКИ И ОПТИКИ
Инженерного проектирования.
Расчет и проектирование одноступенчатого цилиндрического редуктора
д.т.н. проф. Глухих Владимир Николаевич
Описание устройства привода.5
Выбор электродвигателя кинематический и силовой расчет привода6
1Коэффициент полезного действия привода6
2Коэффициент полезного действия привода.6
3Расчетная мощность электродвигателя6
4Определяем передаточное число редуктора.7
5Определяем частоту вращения угловые скорости вращения и вращающие моменты на валах редуктора и электродвигателя.7
Расчёт зубчатых колес редуктора.9
1Определим допускаемое контактное напряжение9
2Определяем межосевое расстояние.10
3Определяем модуль передачи10
4Определяем угол наклона зубьев и суммарное число зубьев10
5Определяем основные размеры шестерни и колеса.11
Эскизное проектирование одноступенчатого зубчатого редуктора.13
1Подбор шпоночных соединений для быстроходного вала14
2Подбор шпоночных соединений для тихоходного вала15
3Выбор подшипников15
Подбор посадок основных деталей редуктора16
Вопросы техники безопасности.17
Список используемой литературы18
Развитие и повышение эффективности машиностроения возможно при существенном росте уровня автоматизации производственного процесса. В последние годы широкое распространение получили работы по созданию новых высокоэффективных автоматизированных механосборочных производств и реконструкции действующих производств на базе использования современного оборудования и средств управления всеми этапами производства. В машиностроении внедряется производственное оборудование оснащённое системами числового программного управления и микропроцессорной техникой на его базе создаются автоматизированные участки и цехи управляемые от ЭВМ.
Проектируемые и реализуемые производственные процессы должны обеспечивать решение следующих задач: выпуск продукции необходимого качества без которого затраченные на неё труд и материальные ресурсы будут израсходованы бесполезно; выпуск требуемого количества изделий в заданный срок при минимальных затратах живого труда и вложенных капитальных затратах.
Основой производственного процесса является подробно разработанная технологическая часть что свидетельствует о приоритетной роли технолога в процессе изготовления изделий машиностроения. Активное участие технолог должен принимать не только в процессе изготовления изделий но и в работе таких вспомогательных систем как системы
инструментообеспечения контроля качества изделий складской охраны труда обслуживающего персонала транспортной технического обслуживания и управления а также подготовки производства.
Очевидно что круг задач эффективной эксплуатации производственных систем весьма широк эти задачи сложны и многообразны особенно если учесть масштабы современного производства и уровень техники и решение их требует от технолога широкого кругозора и глубоких знаний различных дисциплин.
Совершенствование машиностроительного производства происходит в результате обобщения опыта использования новейших средств производства и комплексной автоматизации производственных процессов на базе применения промышленных роботов автоматических транспортных средств контрольно-измерительных машин и т.п. В дальнейшем это позволит создавать интегрированные производства обеспечивающие автоматизацию основных и вспомогательных процессов и при минимальном участии человека в производственном процессе выпускать изделия требуемого качества и в необходимом объёме.
В настоящее время идёт интенсивное расширение номенклатуры производимых изделий и увеличение общего их количества. Наряду с этим возрастают требования к качеству изделий. Это ведёт за собой необходимость повышения точности технологического оборудования его мощности быстродействия степени автоматизации и экологической чистоты всей производственной системы.
Существенным является и то что рост стоимости производственного оборудования опережает повышение уровня его точности и производительности. Естественно что в таких условиях без достаточно высокой надёжности работы всей производственной системы нельзя рассчитывать на эффективное её функционирование. Широкая номенклатура выпускаемых изделий требует высокой гибкости производственной системы т.е. быстрой перенастройки производственного процесса. Из этого следует что принимаемые технико-организационные решения должны приниматься оперативно. В этих условиях неоптимальные решения значительно снижают потенциальную возможность используемой производственной системы. И чем сложнее эта система тем потери будут больше. Решение указанных проблем видится в углублении познаний о закономерностях в производственных процессах и производстве в целом.
Описание устройства привода.
Редуктором называют механизм состоящий из зубчатых колес или червячных передач выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины.
Назначение редуктора - понижение угловой скорости и соответственно повышения вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим.
Редуктор состоит из корпуса (литого чугунного или сварного
стального) в котором помещают элементы передачи - зубчатые колеса валы подшипники и т.д. В отдельных случаях в корпусе редуктора помещают также устройства для смазывания зацеплений и подшипников (например змеевик с охлаждающей водой в корпусе червячного редуктора).
Редукторы классифицируют по следующим основным признакам: типу передачи (зубчатые червячные или зубчато-червячные); числу ступеней (одноступенчатые двухступенчатые); типу зубчатых колес (цилиндрические конические и т.д.); относительному расположения валов редуктора в пространстве (горизонтальные вертикальные); особенностям кинематической схемы
(развернутая с раздвоенной ступенью и т.д.). Редуктор проектируют либо для привода определенной машины либо по заданной нагрузке (моменту на выходном валу) и передаточному числу без указания конкретного назначения.
Необходимо спроектировать одноступенчатый цилиндрический редуктор с горизонтальным расположением валов. Редуктор общего назначения; валы установлены на подшипниках качения; передача косозубая; редуктор реверсивный.
Входная мощность Nвх = 40 кВт
Частота вращения колеса n2 = 240 обмин
Синхронная частота вращения nсинхр=1500
-двигатель. 2-муфта упругая втулочно-пальцевая. 3-шестерня. 4-вал быстроходный 5-вал тихоходный. 6-колесо зубчатое
Рисунок 1 – Кинематическая схема привода
Выбор электродвигателя кинематический и силовой расчет привода
1Коэффициент полезного действия привода
Определяем общий КПД привода.
- КПД пары цилиндрических зубчатых колес принимаем 1=097[1 с5 табл. 1.1];
пк - КПД учитывающий потери пары подшипников качения принимаем пк=099[1с5 табл.1.1];
к – число пар подшипников к=2;
2Коэффициент полезного действия привода.
прив=ред муфты = 095 097 = 092.
где муфты – КПД муфты принимаем по справочнику муфты = 097.
3Расчетная мощность электродвигателя
Выбираем по справочной таблице асинхронный электродвигатель (при nсинхр=1500 обмин
4Определяем передаточное число редуктора.
uр -передаточное число редуктора;
n2 - частота вращения колеса редуктора n2=240 обмин (задание).
5Определяем частоту вращения угловые скорости вращения и вращающие моменты на валах редуктора и электродвигателя.
Вал электродвигателя (быстроходный вал):
n1 = nэл = 1445 обмин (6)
Передаваемая мощность
N1 = Nэл м подш = 439 097 099 = 417 кВт
Т1 = 417015124 =2757 Н·м.
n2=240 обмин; (задание)
N2 = N1 з.п. подш = 417 097 099 = 40 кВт
Т2 = 40002512 = 15924 Нм
Полученные данные приводим в таблицу.
Частота ращения обмин
Угловая скоростьрадс
Расчёт зубчатых колес редуктора.
Так как в задании нет особых требований в отношении габаритов передачи выбираем материалы со средними механическими характеристиками: для шестерни сталь 40 термическая обработка –
нормалицация твёрдость НВ 170-190; для колеса – сталь 35 термическая обработка – нормализация твердость - НВ 150-180. Разница твердости объясняется необходимостью равномерного износа зубьев зубчатых колес. [13]
Механические свойства после термообработки
Твердость сердцевины НВ
Временное сопротивление разрыву в МПа
Предел текучести т Мпа
1Определим допускаемое контактное напряжение
HО – предел контактной выносливости при базовом числе циклов HО=2HB+70 [1 с. 27 табл. 3.2];
KHL – коэффициент долговечности; при числе циклов нагружения больше базового что имеет место при длительной эксплуатации редуктора KHL=1 [1 с. 28];
Sн – коэффициент безопасности SH=11;
2Определяем межосевое расстояние.
Межосевое расстояние для косозубой передачи определяется по формуле
KН – коэффициент нагрузки для быстроходной передачи Кн = 13 ÷ 135.
u – передаточное число редуктора u =602
Т2– вращающий момент на валу колеса Т2=15724 Н·м;
Т1 – вращающий момент на валу шестерни Т1 = 2757 Н·м
[H] – допускаемое контактное напряжение [H]=391Mпа ;
ba – коэффициент ширины венца ba= принимаем ba=05 .
В первом ряду значений межосевых расстояний по ГОСТ 2185-66 выбираем ближайшее и принимаем α=125 мм.
3Определяем модуль передачи
Нормальный модуль зацепления принимают по следующей рекомендации:
Принимаем по ГОСТ 9563-60 = 2 мм [1 с. 36].
4Определяем угол наклона зубьев и суммарное число зубьев
Принимаем предварительно угол наклона зубьев =10º и определяем числа зубьев шестерни и колеса
– межосевое расстояние=125 мм ;
– нормальный модуль зацепления =2 мм.
Принимаем Z1=17 количество зубьев шестерни
Определяем числа зубьев колеса.
Z2 = Z1*u = 17*602 = 10234
Определяем фактическое передаточное соотношение
Отношение фактического передаточного числа от расчетного
Уточненное значение угла наклона зубьев
5Определяем основные размеры шестерни и колеса.
Делительный диаметр шестерни:
где mn – модуль передачи mn=2 мм;
Z1– число зубьев шестерни Z1=17;
– косинус угла наклона зубьев =09521.
Делительный диаметр колеса:
где Z2– число зубьев колеса Z2= 102 .
Определим диаметры вершин зубьев:
Диаметр вершин зубьев шестерни
da1=3571 +2·2=3971 мм;
Диаметр вершин зубьев колеса
da2=21426 +2·2=21826 мм.
Ширина колеса b2 = ba aw = 05125 = 625 мм (18)
где – коэффициент ширины венца =05;
α– межосевое расстояние а=125 мм.
Принимаем b2 = 63 мм
Ширина шестерни b1 = b2 + 5 = 63+5 = 68 мм (19)
Определим диаметры впадин зубьев:
диаметр впадин зубьев шестерни
df1 =3571-25·2=3071 мм;
диаметр впадин зубьев колеса
df2=21426-25·2=20926 мм.
Эскизное проектирование одноступенчатого зубчатого редуктора.
Рисунок 2. Эскизная компоновка одноступенчатого цилиндрического редуктора
Номинальная ширина подшипника быстроходного вала
Номинальная ширина подшипника тихоходного вала
Расстояние от торца подшипника до внутренней стенки корпуса y = 10 ÷ 15 мм
Расчетная длина консольного участка быстроходного вала
Расчетная длина участка для случая радиальных подшипников
Принимаем l1 = 60 мм
Диаметр консольного участка для быстроходного вала
Диаметр участка под подшипник для быстроходного вала.
Диаметр консольного участка для тихоходного вала
Диаметр участка под подшипник для тихоходного вала.
1Подбор шпоночных соединений для быстроходного вала
Шпонка призматическая ГОСТ 23360-78
Принимаем b x h x l =12 х 8 х 70 [11]
2Подбор шпоночных соединений для тихоходного вала
=75 мм по ГОСТ 23360-78 b х h x l = 22 x 14 x 56 [11]
d=40 мм по ГОСТ 23360-78 b х h x l = 12 x 8 x 70 [11]
На подшипники действуют радиальные и осевые усилия поэтому назначаем шарикоподшипники радиально-упорные однорядные по ГОСТ 831-75 как наиболее распространенный тип подшипников для передач с цилиндрическими зубчатыми колесами.
Для быстроходного вала
Принимаем подшипник шариковый однорядный радиально-упорный №36208
Для тихоходного вала
Принимаем подшипник шариковый однорядный радиально-упорный №46215
Подбор посадок основных деталей редуктора
Выбор посадок на вал внутренних колец подшипников качения производим в соответствии с ГОСТ 3325 - 85 в зависимости от класса точности подшипников режимов их работы и вида нагружения колец подшипника.
Подшипники работают в режиме небольших нагрузок (работа с умеренными толчками) или средние нагрузки в условиях необходимости частого перемонтажа. При вращении вала внутреннее кольцо подшипника качения (при неподвижном наружном) подвергается циркуляционному нагружению. В этом случае его на вал устанавливают с натягом т.к. при установке циркуляционного нагруженного кольца с зазором происходит неизбежное проскальзование такого кольца по валу приводящее к обмятию и изнашиванию контактирующих поверхностей. В зависимости от режима работы и класса точности подшипника выбираем посадку на вал внутренних колец подшипников качения k6.
В зависимости от принятой степени точности изготовления зубчатых колес будет 6 квалитет точности (ГОСТ 24643-81) изготовления посадочных мест вала.При умеренной нагруженности (tкр 15 МПа) и нереверсивной работе применяют посадки: H6 H7 H8 k7.
Посадку зубчатого колеса на консоль тихоходного вала осуществим по H7 k6.
Поле допуска на ширину «b» шпоночного паза в вале предназначенного под призматическую шпонку выбирают по ГОСТ 23360 – 78 в зависимости от характера шпоночного соединения и вида передаваемой им нагрузки. Для неподвижного соединения шпонки с валом при постоянном нагружении поле допуска на ширину паза вала назначают по N9.
Крышки подшипников быстроходного и тихоходного узла устанавливаются по посадке H7
Вопросы техники безопасности.
Запуск привода производить только после надёжного крепления его к плите плиты к фундаментальной поверхности.
Перед запуском привода надёжно заземлить электродвигатель и всю плиту.
Все вращающиеся части привода закрыть защитными кожухами во избежании несчастных случаев.
Перед непосредственным пуском привода осмотреть его техническое состояние.
Слив и заливку масла производить при полностью отключенном приводе.
Во время работы привода запрещены какие-либо (даже мелкие) ремонтные работы - только после остановки!
Обслуживание и ремонт привода может производить только специальный рабочий персонал в необходимой для этого спецодежде.
Список используемой литературы
Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин – М.: Высш. школа 1978. – 352 с.:
Иванов М.Н. Иванов В.Н. Детали машин: Курсовое проектирование – М.: Высш. шк. 1975. – 551 с.: ил.
Кудрявцев В.Н. Державец Ю.А. Арефьев И.И. и др. Курсовое проектирование деталей машин – Л.: Машиностроение 1984. – 400 с.: ил.
Орлов. Основы конструирования деталей машин.
Решетов Д.Н. Детали машин – М.: Машиностроение 1989. – 496 с.
Устиненко В.Л. Киркач Н.Ф. Баласанян Р.А. Основы проектирования деталей машин. – Харьков: Вища школа. Изд-во при Харьк. Ун-те 1983. – 184 с.
Чернин И.М. и др. Расчеты деталей машин – Минск: Вышэйшая школа 1978. – 472 с.
Шахнюк Л.А. Тихомиров В.П. Детали машин: Технология проектирования: Учебное пособие.- Брянск: Изд-во БГИТА 2001.-344 с.
Детали машин. Атлас конструкторский Под ред. Д.Н. Решетова.- М.: Машиностроение 1979 г. – 368 с.
Дунаев П.Ф. Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование – М.: Машиностроение 2004 г. – 560 с.
Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин – Калининград: Янтар. сказ 2003. – 454 с.: ил. черт.
Бойцов Ю.А. Предварительный расчет приводов. – СПб.: НИУ ИТМО; ИХиБТ 2012. – 32 с.
Бойцов Ю.А. Расчет цилиндрических зубчатых передач. – СПб.: НИУ ИТМО; ИХиБТ 2012. – 36 с.

Курсач.dwg

Штифт6х36 ГОСТ3128х70
Масло индустриальное
И-Г-А 46 ГОСТ 20799-75
Редуктор цилиндрический.