Проектирование цилиндрического зубчатого редуктора

Чертеж.cdw

цилиндрического редуктора
Сталь 45 ГОСТ 1050-88
Смотровое отверстие с крышкой
Маслосливное отверстие
Маслоуказательное отверстие
с электронным маслоуказателем
Крышки под подшипники
Шпоночное отверстие со шпонкой
Верхняя часть корпуса
Средняя часть корпуса
Нижняя часть корпуса

Курсач (Автосохраненный).docx

Выбор электродвигателя кинематический и силовой расчет привода4
Расчет зубчатой передачи редуктора6
Эскизная компоновка редуктора с составлением расчетных схем валов12
Расчет валов на статическую прочность13
Расчёт подшипников качения21
Расчет шпоночных соединений23
Смазывание смазочные устройства и уплотнения25
Детали корпуса редуктора27
Согласно варианту задания требуется разработать привод машины состоящей из электродвигателя и цилиндрического зубчатого редуктора.
Требуется выбрать электродвигатель рассчитать зубчатые и передачи спроектировать и проверить пригодность шпоночных соединений подшипников разработать общий вид редуктора разработать рабочие чертежи деталей.
Электродвигатель выбирается исходя из потребной мощности и частоте вращения. Зубчатые передачи рассчитываются по условиям контактной и изгибной выносливости зубьев проверяется на статическую прочность. Валы проектируются из условия статической прочности (ориентировочный расчет) и проверяются на выносливость по коэффициенту запаса прочности. Параметры цепной передачи принимаются по результатам расчета на тяговую способность.
Шпоночные соединения проверяются на смятие и размеры принимаются в зависимости от диаметра соответствующего участка вала. Пригодность подшипников оценивается долговечностью по динамической грузоподъёмности.
Форма и размеры деталей редуктора и рамы привода определяются конструктивными и технологическими соображениями а также выбором материалов и заготовок.
При расчёте и проектировании ставится цель получить компактную экономичную и эстетичную конструкцию что может быть достигнуто использованием рациональных материалов для деталей передач оптимальным подбором передаточного числа передач использованием современных конструктивных решений стандартных узлов и деталей при проектировании привода.
Выбор электродвигателя кинематический и силовой расчет привода
Исходные данные к проекту:
Вид передачи: прямозубая;
Мощность на выходном валу редуктора: N2= 12 кВт;
Частота вращения тихоходного вала: n2= 510 обмин;
Срок службы передачи: LH= 10000 часов.
Определяем общий КПД привода.
Принимаем КПД муфты цилиндрической передачи а также двух пар подшипников.
где - КПД соединительной муфты [1 табл.1.1]
- КПД закрытой цилиндрической передачи [1 табл.1.1]
- КПД одной пары подшипников [1 табл.1.1].
Требуемая мощность двигателя:
Ориентировочное передаточное число привода.
Принимаем передаточное число цилиндрической передачи по [1 табл.1.2]:.
Ориентировочная частота вращения двигателя:
По таблице двигателей [1 табл.24.9] принимаем Рдв. Р=15 кВт.
Выбираем электродвигатель 4А160S4У3 для которого Рдв=15 кВт
Определим необходимое передаточное число цилиндрической передачи.
. Уточняем до ближайшего стандартного числа
Частоты вращения на валах.
Быстроходный вал редуктора n= n=1460 мин.
Тихоходный вал редуктора n= n=1460439=510 мин.
Угловые скорости на валах привода.
Крутящие моменты на валах.
Расчет зубчатой передачи редуктора
Определение допускаемых напряжений.
Принимаем (по условию задания) прямозубую передачу материал колеса и шестерни - сталь 45 с термообработкой – улучшение. Твердости колеса H2=235 262 HB и шестерни H1=269 302 HB [1 с.11].
Допускаемые контактные напряжения.
где - предел контактной выносливости для шестерни и колеса.
Коэффициент безопасности S=11 (для улучшенных передач) [1 с.13].
Коэффициент долговечности где
- база испытаний (число циклов соответствующее перелому кривой усталости) NH0=30HBср24
NH01=302855 24=23473396
NH02=302485 24=16823045
- эквивалентное число циклов перемен напряжений
где n- частота вращения колеса (шестерни) [обмин]
t2=L- срок службы передачи [час]
Определяем расчетный предел прочности
Для прямозубых передач расчетный предел прочности принимается наименьшее из двух то есть
Допустимое напряжение изгиба
- предел выносливости зубьев по напряжению изгиба
- коэффициент долговечности
где – базовое число циклов для стали
- эквивалентное число
для улучшенных марок стали
(табличное значение)
Межосевое расстояние
Предварительное значение межосевого расстояния определяем по формуле:
K=10 так как твердость колес и шестерни ≤350HB знак «+» означает внешнее зацепление
Окружную скорость v [мс] определяем по формуле:
По таблице 2.5 выбираем седьмую степень точности.
Расчет цилиндрических передач
При проектном расчете закрытой зубчатой передачи определяется межосевое расстояние
для прямозубой передачи
- передаточное число
- крутящий момент на тихоходном валу
-коэффициент неравномерности распределения нагрузки (деформации валов из расчета на контактную прочность) т.к. твердость ≥350HB где
- значение коэффициента в начальный период из таблицы
- коэффициент учитывающий приработку из таблицы 2.8
-коэффициент режима
- коэффициент ширины венца зубчатого колеса
для симметричного расположения колес относительно опор
где b2- ширина зубчатого колеса отсюда =103
- допускаемое контактное напряжение =3196 МПа
Округляя до ближайшего большего числа из стандартного ряда межосевых расстояний принимаем 180 мм.
Максимально допустимый модуль зацепления
Минимально допустимый модель зацепления
где - для прямозубых передач
-для прямозубых передач
меньшее из значений и значит
. Из стандартного ряда принимаем
Из стандартного ряда с учетом найденных промежутков принимаем.
Суммарное количество зубьев и угол наклона.
для прямозубой передачи.
Количество зубьев шестерни и колеса.
(для прямозубых передач)
Коэффициент смещения
Фактическое передаточное число
Фактическое значение передаточного числа отличается от предварительного на величину
Диаметры и окружностей вершин и впадин зубьев колес
где y-коэффициент воспринимаемого смещения a- делительное межосевое расстояние
Чтобы получить при термической обработке принятые для расчета механические характеристики материала колес требуется чтобы размеры Dзаг Cзаг Sзаг заготовок колес не превышали предельно допустимых значений Dпр Sпр ( по табл. 2.1 Dпр=125)
Значения Dзаг вычисляют по формуле:
Проверяем выполнение неравенства:
Проверка зубьев колес по контактным напряжениям
Проверка зубьев по напряжениям изгиба
Расчётное напряжение изгиба:
для прямозубых передач при степени точности 7
Передача проходит проверки на прочность.
Эскизная компоновка редуктора с составлением расчетных схем валов
Определение сил в зацеплении:
В зацеплении пары сопряженных зубьев возникает нормальная сила направленная перпендикулярно поверхности контакта. Для удобства расчетов эта сила раскладывается на составляющие по осям
Консольная сила от муфты:
Ориентировочный расчет валов:
Предварительно диаметры валов для эскизного проекта определяют по условному допускаемому напряжению при кручении [ ] =12÷30 Мпа.
- наименьший диаметр быстроходного вала;
- длина и диаметр ступицы;
- наименьший диаметр тихоходного вала;
Подшипник 210 из атласа: ;Подшипник 211 из атласа: ;
толщина стенки редуктора;
– расстояние от внутренней стенки редуктора до боковой поверхности вращающейся части;
- расстояние от внутренней стенки редуктора до боковой поверхности подшипника качения;
– расстояние от боковых поверхностей элементов вращающихся вместе с валом до неподвижных наружных частей редуктора;
– толщина фланца боковой крышки;
- толщина головки болта;
Расчет валов на статическую прочность
Определение реакции опор в двух плоскостях
Вычисляем реакции в опорах и изгибающие моменты в вертикальной плоскости:
Проверка валов на напряжение действующее в опасном сечении
Напряжение действующее в опасном сечении:
где - коэффициент перегрузки
Максимальные нормальные напряжения:
Касательные напряжения:
Определение запасов прочности для опасных сечений:
По нормальным напряжениям:
0 - пределы текучести при изгибе
По касательным напряжениям
- пределы текучести при кручении
Общий коэффициент запаса прочности:
Расчет на усталостную прочность:
– пределы выносливости материала вала при изгибе и при кручении (350 и 210);
эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении (2.15 и 2.05);
коэффициенты влияния абсолютных размеров поперечного сечения (0.84 и 0.78);
- коэффициенты чувствительности материала к асимметрии цикла напряжений (0.01 и 0);
- коэффициент долговечности;
среднее напряжение где W- осевой момент сопротивления сечения вала;
касательная амплитуда и средние напряжение где - полярный момент сопротивления сечения вала;
- средняя амплитуда.
Расчет вала на статическую прочность:
коэффициента запаса статической прочности вала;
предел текучести материала вала (550);
эквивалентное напряжение при перегрузке в наиболее
нагруженной точке опасного сечения
– кратковременно действующий при перегрузке крутящий момент
нормальное напряжение изгиба и касательное напряжение при действии номинальной нагрузки
где – пределы выносливости материала вала при изгибе и при кручении (350 и 210);
- коэффициенты чувствительности материала к асимметрии цикла напряжений (0.1 и 0);
коэффициента запаса статической прочности вала
предел текучести материала вала (550)
Расчёт подшипников качения
где p – показатель степени p = 3 для шариковых подшипников; n - частота вращения подшипника обмин; С -паспортная динамическая грузоподъемность подшипника; - коэффициент надежности; - коэффициент характеризующий совместное влияние на долговечность качества металла деталей подшипника и условий его эксплуатации.
Расчет подшипников качения
Для быстроходного вала (подшипник 210)
Определение эквивалентной нагрузки
Величина эквивалентной нагрузки действующей на подшипник находится по формуле:
коэффициент вращения кольца при вращении внутреннего кольца относительно направления радиальной нагрузки; коэффициент безопасности; температурный коэффициент; коэффициент нагрузки
Проверка по динамической грузоподъёмности
Проверка подшипника по динамической грузоподъёмности сводится к проверке выполнения неравенства:
расчётный ресурс (долговечность) подшипника час; срок службы подшипника по заданию час
где p – показатель степени p = 3 для шариковых подшипников; n –850 - частота вращения подшипника обмин; С -351 паспортная динамическая грузоподъемность подшипника кН
Для тихоходного вала (подшипник 211)
где p – показатель степени p = 3 для шариковых подшипников; n – 750 - частота вращения подшипника обмин; С – 436 паспортная динамическая грузоподъемность подшипника кН
Расчет шпоночных соединений
Для быстроходного вала
(в месте соединения шестерни и вала)
наибольший вращающий момент с учётом перегрузок Нмм
диаметр вала в месте посадки шестерни мм
глубина паза на валу мм
допускаемое напряжение смятия МПа
мм - принимаем ближайшее стандартное значение 28 мм
Для тихоходного вала
(в месте соединения колеса и вала)
мм- принимаем ближайшее стандартное значение 36 мм
мм- принимаем ближайшее стандартное значение 40 мм
Смазывание смазочные устройства и уплотнения
Для уменьшения потерь мощности на трение снижения интенсивности изнашивания трущихся поверхностей их охлаждения и очистки от продуктов износа а также для предохранения от заедания задиров коррозии должно быть обеспечено надежное смазывание трущихся поверхностей.
Смазывание зубчатых передач
Для смазывания передач широко применяют картерную систему. В корпус редуктора или коробки передач заливают масло так чтобы веIЩЫ колес были в него погружены. Колеса при вращении увлекают масло разбрызгивая его внутри корпуса. Масло попадает на внутренние стенки корпуса откуда стекает в нижнюю его часть. Внутри корпуса образуется взвесь частиц масла в воздухе которая покрывает поверхность расположенных внутри корпуса деталей.
Выбор смазочного материала основан на опыте эксплуатации машин. Преимущественное применение имеют масла. Принцип назначения сорта масла следующий: чем выше окружная скорость колеса тем меньше должна быть вязкость масла и чем выше контактные давления в зацеплении тем большей вязкостью должно обладать масло. Поэтому требуемую вязкость масла определяют в зависимости от контактного напряжения и окружной скорости колес. Выбираю масло с вязкостью 28 мм2с. (по табл. 1.1) По табл. 11.2 выбирают марку масла для смазывания зубчатых передач. Исходя из вязкости вбираю масло марки И-ГГ-А-100. Обозначение индустриальных масел состоит из четырех групп знаков каждая из которых обозначает: первая (И) - индустриальное; вторая принадлежность к группе по назначению (Л - легко нагруженные узлы Г - для гидравлических систем Н - направляющие скольжения Т тяжело нагруженные узлы); третья - принадлежность к подгруппе по эксплуатационным свойствам (А - масло без присадок В - масло с 11.1. Смазывание зубчатых червячных и цепных передач 221 антиокислительными и антикоррозионными присадками С - масло с антиокислительными антикоррозионными и противоизносными присадками D - масло с антиокислительными антикоррозионными противоизносными и противозадирными присадками Е - масло с антиокислительными антикоррозионными противоизносными противозадирными и противоскачковыми присадками); четвертая (число) - класс кинематической вязкости. Допустимые уровни погружения колес цилиндрического редуктора в масляную ванну : hм 4т 025dт но не менее 10 мм. Здесь т- модуль зацепления. hm=8 23 hm=16 мм.
Смазывание подшипников
Обычно подшипники смазывают тем же маслом что и детали передач. Другие смазочные материалы применяют редко (если требуется защитить подшипники от продуктов износа деталей передач). При картерном смазывании передач подшипники смазывают брызгами масла. Вследствие вращения колес брызгами масла покрыты все детали передач и внутренние поверхности стенок корпуса. Стекающее с колес валов и со стенок корпуса масло попадает в подшипник. Однако в ряде случаев для обеспечения надежного смазывания зацепления приходится значительно повышать уровень масла. Нередко в масло погружают быстроходную шестерню или червяк и подшипники быстроходного вала. В этом случае во избежание попадания в подшипник продуктов износа передач а также излишнего полива маслом подшипники защищают маслозащитными шайбами (кольцами).
Детали корпуса редуктора
Проектируемый электромеханический привод состоит из электродвигателя одноступенчатого редуктора (согласно заданию) и рабочего (исполнительного) органа (условно в работе не показан). Вращение на быстроходный вал передается от электродвигателя через жесткую (или упругую втулочно-пальцевую) муфту. Тихоходный вал редуктора соединен с рабочим органом на который нужно передать крутящий момент. Редуктор состоит из 55 деталей и одной сборочной единицы (описаны в спецификации к чертежу редуктора). Корпус редуктора выполнен разъемным состоит из нижней (основание корпуса картер) средней и верхней (крышка корпуса кожух) частей отлитых из чугуна соединяющихся между собой болтовым соединением с использованием болтов и гаек стопорение которых обеспечивается пружинными шайбами. Крышка и корпус редуктора по всей разъемной плоскости имеют фланцы соединенные болтами с шестигранной головкой. Во фланцах просверлены отверстия для двух цилиндрических штифтов служащих направляющими для взаимного позиционирования картера и крышки. Опорная поверхность редуктора выполнена в виде четырех небольших лап которые расположены по углам корпуса симметрично относительно его продольной и поперечной осей в которых имеются отверстия под рамные (фундаментные) болты. В крышке предусмотрено смотровое отверстие размеры которого достаточны для визуального осмотра передачи. Отверстие закрывается плоской крышкой которая крепится болтами и герметизируется прокладкой. Также в крышке редуктора установлена отдушина через которую выходит воздух который расширяется от выделения тепла в зацеплении. В стенке корпуса на уровне дна проектируется отверстие закрытое резиновой пробкой для слива масла. Под пробку с цилиндрической резьбой для создания надежного уплотнения ставится прокладка. Для наблюдения за уровнем масла в корпусе установлен штоковый маслоуказатель. Крышка снабжена монтажными проушинами для захвата и транспортировки.
Сборка редуктора обеспечивается в следующем порядке:
На тихоходный вал диаметр участка которого равен 65 мм устанавливается призматическая шпонка после чего устанавливается колесо (уточнить вид). Далее на участок вала диаметром 55 мм устанавливается дистанционная втулка после чего с натягом на соответствующих участках вала устанавливаются подшипники 211 . Со стороны шпонки (шлицев) устанавливают крышку с манжетой после чего вал устанавливается в картер редуктора и забивают крышку. Тихоходный вал установлен.
На быстроходный с диаметром участка равного 55 мм устанавливается призматическая шпонка после чего устанавливается шестерня. Далее на участок вала диаметром 45 мм устанавливается дистанционная втулка после чего с натягом на соответствующих участках вала устанавливаются подшипники 210. Со стороны шпонки (шлицев) устанавливают крышку с манжетой после чего вал устанавливается в картер редуктора обеспечив зацепление шестерни и колеса. Далее забивают крышку. Быстроходный вал установлен.
После монтажа валов картер закрывают крышкой редуктора закрепив ее с картером болтовыми соединениями (болт гайка).
Завинчивается сливная пробка устанавливается маслоуказатель.
Через смотровое отверстие заливают индустриальное масло при этом проверяется уровень (не ниже минимального и не выше максимального). Закрывается смотровая крышка. Редуктор собран и далее может быть поставлен заказчику.
В ходе выполнения курсового проекта на тему «Расчет и проектирование электромеханического привода с одноступенчатым редуктором» были закреплены и обобщены теоретические знания полученные в рамках изучения предмета «прикладная механика». Кроме этого я научилась применять эти знания к комплексному решению инженерных задач по проектированию и расчету механических приводов что позволяет развивать навыки самостоятельной проектной и научно-исследовательской работы.
Курсовое проектирование требует умения пользоваться справочной литературой ГОСТами нормами номограммами а также выполнять расчеты и составлять пояснительные записки к проектам с использованием ЭВМ. Результатом выполнения курсового проекта является сборочный чертеж редуктора.
Курсовой проект состоит из:
пояснительная записка состоящая из 30 страниц;
сборочный чертеж формата А1 включающий в себя чертеж одноступенчатого редуктора и спецификацию;
приложение с компоновочным чертежом;
приложение с эпюрами.
Конструирование узлов и деталей машин : учебное пособие П. Ф. Дунаев О. П. Леликов: под ред. О. А Ряховского - 13-е изд. испр. и доп. Москва: Издательство МПУим. Н. Э. Баумана 2017. - 564 [4] с.: ил.
Методические указания 1 Детали машин ДМ и ОК (МУ к РГР) – Прялухин
Справочники 1 Общемашиностроительные справочники Машиностроительное черчение (Справочник) – Попова
Справочники 1 Общемашиностроительные справочники Справочник конструктора машиностроителя – Анурьев
Основы конструирования. Справочно-методическое пособие. Книга 3-Орлов