Расчет одноступенчатого редуктора с прямозубой конической передачей - (реферат)
Дата добавления: март 2006г.
Расчет одноступенчатого редуктора с прямозубой конической передачей
Оглавление Техническое задание Назначение и сравнительная характеристика привода
Кинематический и силовой расчёт привода. Выбор электродвигателя Геометрический прочностной расчёт закрытой передачи
Разработка эскизной компоновки редуктора Проверка долговечности подшипников Уточнённый расчёт валов Выбор типа крепления вала на колесе Выбор и анализ посадок Выбор муфт. Выбор уплотнений Выбор смазки редуктора и подшипников Сборка редуктора Список использованной литературы Приложения Оглавление Техническое задание Исходные данные: Т = 18 Н*м w = 56 рад/с d = 0. 55 м схема 1 Электродвигатель Упругая муфта Редуктор с прямозубой конической передачей Открытая коническая передача Картофеле-очистительная машина
Задание: Рассчитать одноступенчатый редуктор с прямозубой конической передачей. Начертить сборочный чертёж редуктора, рабочие чертежи зубчатого колеса и ведомого вала.
Назначение и сравнительная характеристика привода
Данный привод используется в картофелеочистительной машине. Привод включает в себя электрический двигатель, открытую цилиндрическую косозубую передачу, одноступенчатый конический редуктор, который требуется рассчитать и спроектировать в данном курсовом проекте. Редуктором называется механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи мощности от двигателя к рабочей машине. Кинематическая схема привода может включать, помимо редуктора, открытые зубчатые передачи, цепную или ремённую. Назначение редуктора понижение угловой скорости и повышение вращательного момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим. Редуктор состоит из корпуса, в котором помещают элементы передачи - зубчатые колёса, валы подшипники и т. д. Зубчатые передачи Наиболее часто используют цилиндрические и конические передачи с прямыми и косыми зубьями. Кроме этих передач используют винтовые, и передачи с шевронными и криволинейными зубьями.
Преимущества зубчатых передач
Постоянство передаточного числа (для прямозубой цилиндрической U=2ё4, косозубой цилиндрической U=4ё6, для конической U=2ё3) Высокая нагрузочная способность
Высокий КПД (0. 96ё0. 99) Малые габариты
Большая долговечность, прочность, надёжность, простота в обслуживании Сравнительно малые нагрузки на валы и опоры
Недостатки зубчатых передач Невозможность без ступенчатого изменения скорости. Высокие требования к точности изготовления и монтажа. Шум при больших скоростях.
Плохие амортизационные свойства, что отрицательно сказывается на компенсацию динамических нагрузок.
Громоздкость при больших межосевых расстояниях.
Потребность в специальном оборудовании и инструменте для нарезания зубьев. Зубчатые передачи не предохраняют от опасных нагрузок Конические передачи по сравнению с цилиндрическими наиболее сложны в изготовлении и монтаже т. к. для них требуется большая точность.
1. Выбор электродвигателя и кинематический расчёт. 1. 1 Определяем требуемую мощность двигателя N=N*w (Вт) Т=Твых=Т3 N=56*18=1008 Bт 1. 2 Определяем КПД
h=hр*hоп*пк р-редуктора h=0, 97*0, 96*0, 9=0, 679 оп-открытой передачи пк-подшипников качения
1. 3 Определяем мощность двигателя 1. 4 Выбираем эл. Двигатель из условия
Nн і Nдв Nн=1. 5 кВт 4А80А2У3 Nн=1. 5 кВт nс=3000 Номинальной мощности 1. 5 кВт соответствует четыре вида двигателей (таблица 1) таблица 1
N° Типоразмер nc, об/мин 1 4А80А2У3 3000 2 4А80В493 1500 3 4A90L693 1000 4 4A100L893 750 1. 5 Определяем передаточное отношение двигателя , где nдв - синхронная частота вращения, Об/мин;
nвых - частота вращения выходного вала механизма (вал С, см схему 1), Об/мин
1. 6 Задаёмся передаточным отношением открытой передачи u = 2ё3 1. 7 Определяем передаточное отношение редуктора
Передаточное отношение редуктора должно входить в промежуток для конической прямозубой передачи U=2ё3
, где U - передаточное отношение двигателя Uоп - передаточное отношение открытой передачи Uр - передаточное отношение редуктора
Остановим свой выбор двигателе N°1, и примем следующие передаточные отношения: uдв = 5, 6 uр = 2, 8 uоп = 2
Эскиз двигателя в приложении 1.
1. 8 Определяем крутящие моменты действующие на валах передаточных меанизмов. 1. 9 Определяем угловую скорость на валах передаточного механизма
Проверка: Nдв=Тдв*wдв Nдв=4, 73*313, 6=1483 Вт Двигатель 4А80А2У3
1. 10 Выполняем обратный пересчёт Т3, w3 с учётом выбранного двигателя
Проверка Nдв=Тдв*wдв Nдв=4. 19*56=1500 Вт
В дальнейшем будем вести расчёты с учётом полученных значений 1. 11 Определение частоты вращения валов передаточного механизма n1 = nc = 3000 об/мин
Данные расчётов сведём в таблицу: таблица 2 Тi, Н*м wi, рад/с ni, об/мин Вал А 4. 78 314 3000 Вал В 9. 08 157 1071 Вал С 24 56 535 2. Геометрический прочностной расчёт закрытой передачи. 2. 1 Выбираем материал
Для шестерни и колеса выбираем сталь углеродистую качественную 45; Ст 45, для которой допускаемое напряжение при изгибе для нереверсивных нагрузок[s0]=122 МПа, допускаемое контактное напряжение [s]=550 МПа
2. 2 Определяем внешний делительный диаметр коэффициент КНb=1, 2 коэффициент ширины венца по отношению к внешнему конусному расстоянию YВRE=0, 285 [1], где Тр - момент на выходном валу редуктора (табл. 2); de2 - внешний делительный диаметр, мм; [s]к - допускаемое контактное напряжение, МПа; up - передаточное отношение редуктора; Принимаем по ГОСТ 12289-76 ближайшее стандартное значение de2=100мм 2. 3 Принимаем число зубьев на шестерне Z1=22 2. 4 Определяем число зубьев на колесе Z2=uр*Z1=2, 8*22=62 [1] Определяем геометрические параметры зубчатой передачи 2. 5 Внешний окружной модуль [1] 2. 6 Угол делительного конуса для шестерни колеса 2. 7 Определяем внешний диаметр шестерни и колеса 2. 8 Определяем внешнее конусное расстояние [1] 2. 9 Определяем среднее конусное расстояние , где b - длина зуба 2. 10 Определяем средний окружной модуль
2. 11 Определяем средний делительный диаметр шестерни и колеса d=m*Z [1] d1=1. 3*22=28. 6 мм
d2=1. 3*62=80. 6 мм 2. 12 Определяем усилие действующее в зацеплении окружное колеса шестерни , где Т - крутящий момент на выходном валу; d - средний делительный диаметр
радиальное , где Р - окружное усилие, d - угол делительного конуса, a = 20° Проверка
коэффициент ширины шестерни по среднему диаметру [1] средняя окружная скорость колеса [1] степень точности n=7
Для проверки контактных напряжений определяем коэффициенты нагрузок [1], где КНb - коэффициент учитывающий распределение нагрузки по длине зуба; КНa - коэффициент учитывающий распределение нагрузки между прямыми зубьями; КНV - коэффициент учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении для прямозубых колёс
[1] Проверку контактных напряжений выполним по формуле: Проверка зубьев на выносливость по напряжениям изгиба [1] , где коэффициент нагрузок , где КFb - коэффициент концентрации нагрузки; КFV - коэффициент динамичности
Y - коэффициент формы зубьев выбираем в зависимости от эквивалентных чисел зубьев:
для шестерни для колеса При этих значениях ZV выбираем YF1 = 3. 976, YF2 = 3. 6 Для шестерни отношение для колеса
Дальнейший расчёт ведём для зубьев шестерни, т. к. полученное отношение для него меньше.
Проверяем зуб колеса 3. Разработка эскизной компоновки. 3. 1 Предварительный расчёт валов редуктора.
Расчёт выполняем на кручение по пониженным допускаемым напряжениям Крутящие моменты в поперечных сечениях валов:
ведущего Тк1=Т1=9000 Нм ведомого Тк2=Т2=24000 Нм
Диаметр выходного конца вала dв1 (см. рис. 3) определяем при допускаемом напряжении[tк]=25 МПа
[1]
диаметр под подшипниками примем dп1=17 мм; диаметр под шестерней dк1=20 мм. Диаметр выходного конца вала dв2 (см. рис. 4) при допускаемом напряжении [tк]=25 МПа диаметр под подшипниками примем dп2=20 мм; диаметр под зубчатым колесом dк2=25 мм.
3. 2 Конструктивные размеры шестерни и колеса Шестерня
Сравнительно небольшие размеры шестерни по отношению к диаметру вала позволяют не выделять ступицу (см. рис. 3).
Длина посадочного участка lст»b=20 мм Колесо его размеры dае2=101. 1 мм; b=20 мм диаметр ступицы dст »1. 6*dк2=1. 6*25=40 мм; длина ступицы lст = (1. 2ё1. 5)* dк2=1. 5*25=37. 5 мм lст = 35 мм толщина обода d0 =(3ё4)*m=1. 3*(3ё4)=5 мм
рис2. Коническое зубчатое толщина диска С=(0, 1ё0, 17)*Rе=7 мм колесо
3. 3 Kонструктивные размеры корпуса редуктора толщина стенок корпуса и крышки d = 0, 05*Rе+1=3, 65 мм; принимаем d = 5 мм d1=0, 04*Rе+1=3, 12 мм; принимаем d1 = 5 мм толщина фланцев (поясов) корпуса и крышки: верхнего пояса корпуса и пояса крышки b=1, 5*d=1, 5*5=7, 5 мм b1=1, 5*d1=1, 5*5=7, 5 мм нижнего пояса крышки р=2, 35*d=2, 35*5=11, 75 мм; принимаем р=12 мм Диаметры болтов:
фундаментальных d1=0, 055*R1+12=12, 3 мм; принимаем фундаментальные болты с резьбой М12 болтов, крепящих крышку к корпусу у подшипника, d2=(0, 7ё0, 5)* d1 d1=(0, 7ё0, 5)*12, 3=8, 6ё6, 15 мм; принимаем болты с резьбой М8 болтов, соединяющих крышку с корпусом, d3=(0, 7ё0, 5)* d1
d3=6ё7, 2 мм; принимаем болты с резьбой М6 3. 4 Компоновка редуктора
Проводим посередине листа горизонтальную осевую линию - ось ведущего вала. Намечаем положение вертикальной осевой линии - оси ведомого вала. Из точки пересечения проводим подd1 = 20° осевые линии делительных конусов и откладываем на них отрезки Re = 53 мм. Конструктивно оформляем по найденным выше размерам шестерню и колесо. Вычерчиваем их в зацеплении. Подшипники валов расположим стаканах. Предварительно намечаем для валов роликоподшипники конические однорядные. Учитывая небольшие размеры редуктора принимаем лёгкую серию подшипников
Условное обозначение подшипника d мм D мм B мм C кН Co кН 7203 17 40 12 14. 0 9. 0 7204 20 47 14 21. 0 13. 0
Наносим габариты подшипников ведущего вала, наметив предварительно внутреннюю стенку корпуса на расстоянии 10 мм от торца шестерни и отложив зазор между стенкой корпуса и центром подшипника 10 мм (для размещения мазеудерживающего кольца). Второй подшипник размещаем на расстоянии от первого равном 2. 5*dв1=2, 5*13=32. 5 мм[2], где dв1 - диаметр выходного конца ведущего вала. Размещаем подшипники ведомого вала, наметив предварительно внутреннюю стенку корпуса на расстоянии 10 мм от торца ступицы колеса и отложив расстояние между стенкой корпуса и центром подшипника 10 мм.
Замером определяем расстояния a1=30 мм ; a2=48 мм ; a3=33 мм ; a4=64 мм 4. Проверка долговечности подшипников. Ведущий вал Расчётная схема a1=30 мм а2=48 мм Рr1=203. 5 Н Pa1=74 Н P=1678. 3 Н Определение реакций опор в вертикальной плоскости рис. 3 Расчётная схема ведущего вала. Проверка: Определение реакций опор в горизонтальной плоскости Проверка: Определение эквивалентных нагрузок
[3] , где X, Y - коэффициенты радиальной и осевой нагрузок соответственно; Kv - коэффициент учитывающий вращение колец подшипников;
Fr - радиальная нагрузка, Н; КБ - коэффициент безопасности; Кт - температурный коэффициент
, где Нi, Vi - реакции опор в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно, Н Осевые составляющие радиальных реакций конических подшипников
[1]
здесь для подшипников 7203 параметр осевого нагружения e = 0. 31 В нашем случае S1>S2; Fa>0, тогда Pa1=S1=706. 2 H
Pa2=S1+Pa=271+74=345 H X=0. 4 Y=1. 97 Расчётная долговечность, млн. об. Расчётная долговечность, ч , где n = 1500 частота вращения ведущего вала. Расчёт ведомого вала Определение реакций опор в вертикальной плоскости рис. 4 Расчётная схема ведомого вала. Проверка: Определение реакций опор в горизонтальной плоскости. Проверка:
Осевые составляющие радиальных реакций конических подшипников
В нашем случае S1>S2; Fa>0, тогда Pa1=S1=63 H Pa2=S1+Pa1=63+203. 5=266. 5 H
Так как в качестве опор ведомого вала применены одинаковые подшипники 7204 , то долговечность определим для более нагруженного подшипника.
, по этому осевую нагрузку следует учитывать. Эквивалентная нагрузка Pэ=0. 4*515. 7+1. 67*266. 5=0. 7 кН Расчётная долговечность, млн. об. [1] Расчётная долговечность, ч здесь n = 536 об/мин - частота вращения ведомого вала
Полученная долговечность более требуемой. Подшипники приемлемы.
5. Уточнённый расчёт валов.
Нормальные напряжения от изгиба изменяются по симметричному циклу, а касательные от кручения по пульсирующему
5. 1 Выбор материала вала
Предварительно примем углеродистую сталь обычного качества, Ст5, для которой предел временного сопротивленияdb=500 Мпа
5. 2 Определение изгибающих моментов Ведущий вал
У ведущего вала определять коэффициент запаса прочности в нескольких сечениях нецелесообразно, достаточно выбрать одно сечение с наименьшим коэффициентом запаса, а именно сечение в месте посадки подшипника, ближайшего к шестерне (см. Рис. 3). В этом опасном сечении действуют максимальные изгибающие моменты My и Mx и крутящий момент Mz = Т2. Концентрация напряжений вызвана напрессовкой внутреннего кольца подшипника на вал.
a1=14 мм; а2=48 мм Рr=203, 5 Н; Ра=74 Н ; Р=1678, 3 Н Vа=308, 5 Н; Vв=105 Н; Hа=2727, 2 Н; Hв=1048, 9 Н; Ma=10, 582 Н*м Построение эпюры Мy (рис. 5) 0ЈyЈa1 My=-Pa*x+Ma; y=0 My=Ma y=a1 My=- Pr*a+Ma=-50, 468 Н*м 0ЈyЈa2 My=-Vв*y=-50, 468 Н*м Построение эпюры Мx (рис. 5) 0ЈxЈa1 Mx=-P*x 0ЈxЈa2 Mx=-Hв*x x=0 Mx=0 x=a1 Mx=- P*a1=-50, 349 Н*м x=0 Mx=0
рис. 5 Эпюры моментов x=a2 Mx=- Hв*a2=-50, 349 Н*м Ведомый вал
а3=33 мм; а4=64 мм Рr=74 Н; Ра=203, 5 Н; Р=595, 5 Н Vа=133, 4 Н; Vв=-59, 4 Н; Hа=393, 9 Н; Hв=202 Н; Ma=82, 0105 Н*м Построение эпюры Мy (рис. 6) 0ЈyЈa3 My=Vв*y y=0 My=0 y=a3 My=Va*a3=44, 022 Н*м 0ЈyЈa4 My=Vв*y y=0 My=0 y=a4 My=Va*a4=-38, 016 Н*м Построение эпюры Мx (рис. 6) 0ЈxЈa3 Mx=-Ha*x x=0 Mx=0 x=a3 Mx=- Ha*a3=-129, 657 Н*м 0ЈxЈa4 Mx=-Hв*x x=0 Mx=0 рис. 6 Эпюры моментов x=a4 Mx=- Hв*a4=-129, 657 Н*м
5. 3 Определение суммарного изгибающего момента в опасном сечении
5. 4 Определение осевого момента сопротивления сечения [1] 5. 5 Амплитуда нормальных напряжений [1] 5. 6 Определение полярного момента сопротивления 5. 7 Определение амплитуды касательного напряжения 5. 9 Определение коэффициентов запасов прочности по нормальному напряжению
, где sv - амплитуда нормальных напряжений; Кs - эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений; es - масштабный фактор для нормальных напряжений; b - коэффициент учитывающий влияние шероховатости поверхности b = 0. 97ё0. 9 по касательному напряжению , где t-1 - предел выносливости стали при симметричном цикле кручения; kt - коэффициент концентрации напряжений; et - масштабный фактор; t - амплитуда касательных напряжений, МПа; b - коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности; Yt - коэффициент асимметрии цикла; tm - среднее значение амплитуды касательных напряжений, МПа.
5. 10 Определение общего коэффициента запаса прочности 6. Выбор типа крепления вала на колесе. Расчёт соединений. 6. 1 Выбор материала
В качестве материала шпонки примем сталь углеродистую обыкновенного качества Ст6, для которой допускаемое напряжение на смятие[s]см=70ё100 МПа, допускаемое напряжение на срез [t]ср=0, 6*[s]см=42 Мпа
6. 2 Геометрические размеры шпонки b=5 мм; h=5 мм; t1=3. 0 мм; t2=2. 3 мм; lш=lст2-(5ё10)=28 мм, где lст2 - длина ступицы, мм lш - длина шпонки, мм шпонка 5ґ5ґ28 ГОСТ 23360-78 6. 3 Проверка шпонки на смятие , где Т3 - крутящий момент на валу С, Н*м (таблица 2); dк - диаметр вала под колесо, мм; h - высота шпонки, мм; b - ширина шпонки, мм; lш - длина шпонки, мм возьмём с закруглёнными концами lp=28-5=23 мм берём 20 мм 6. 4 Проверка шпонки на срез 7. Выбор и анализ посадок Выбираем посадки Примем посадки согласно таблице 4 таблица 4 Распорная втулка на вал Торцевые крышки на ПК Внутренние кольца ПК на валы Наружные кольца ПК в корпусе Уплотнения на валы Выполним анализ посадки Н7/m6 7. 2 Определение предельных отклонений отверстий на колесе D=25 (Н7) ES=+21 мкм EI=0 мкм 7. 3 Определение предельных отклонений вала d=25 (m6) es=+21 мкм ei=+8 мкм 7. 4 Определение max значения натяга Nmax=es-EI=21-0=21 мкм 7. 5 Определение max значения зазора Smax = ES-ei = 21-8=13 мкм 7. 6 Определение допусков 7. 6. 1. на отверстие ТD=ES=EI=21-0=21 мкм 7. 6. 2 на вал Тd=es-ei=21-8=13 мкм 7. 7 Определение предельных размеров Dmax=D+ES=25+0. 021=25. 021 мм Dmin=D+EI=15 мм dmax=d+es=25+0. 021=25. 021 мм dmin=d+ei=25+0. 008=25. 008 мм 7. 8 Построим схему допусков 8. Выбор муфт. Выбор уплотнений. Выбор муфты
Возьмём муфту упругую втулочно-пальциевую (МУВП). Эта муфта является наиболее распространённой муфтой с неметаллическими упругими элементами - резиной; обладает хорошей эластичностью, демпфирующей электроизоляционной способностью Вращающий момент на валу электродвигателя При ударной нагрузке принимаем коэффициент режима работы муфты К=4 Расчётный вращающий момент 8. 1. 4 По нормали МН-2096-64 выбираем муфту МУВП-16 (см. табл. 5) таблица 5
d, мм D, мм L, мм D1, мм z dп, мм lп, мм lв, мм [Мрас] Н*м w, . рад/с 13 90 84 58 4 10 19 15 31. 4 660 8. 1. 5 Проверяем пальцы на изгиб 8. 1. 6 Проверяем резиновые втулки на смятие Выбранная муфта удовлетворяет условию прочности Выбор уплотнений
Выберем уплотнение подшипников качения в зависимости от окружной скорости валов.
Ведущий вал
, где w- угловая скорость ведущего вала, рад/с; d - диаметр выходного конца ведущего вала, мм Так как u1<2 м/с, то примем войлочное уплотнение по ГОСТ 6308-71, со следующими параметрами
dв1 d D b D1 d1 b1 b2 13 12 21 2. 5 22 14 2 3. 0 Ведомый вал
, где w- угловая скорость ведомого вала, рад/с; d - диаметр выходного конца ведомого вала, мм u2<2 м/с, принимаем войлочное уплотнение со следующими параметрами: dв1
d D b D1 d1 b1 b2 17 16 25 3 26 18 2. 5 3. 2 9. Выбор смазки редуктора и подшипников. 9. 1 Выберем смазку для редуктора
Окружная скорость u = 5 м/с. Так как u<10 м/с, то примем картерную смазку. Колесо погружаем в масло на высоту зуба. Определим объём масляной ванны V=(0. 5ё0. 8)*Nн , где Nн - номинальная мощность двигателя, Вт V=(0. 5ё0. 8)*1. 5=0. 75ё1. 2 л При средней скорости u = 5 м/с, вязкость должна быть 28*10-6 м /с Принимаем масло индустриальное И-30А по ГОСТ 20799-75
9. 2 Выберем смазку подшипников качения Критерием выбора смазки является k (млн. об. /мин. ) k=dп*n, где dп - диаметр вала под подшипники, мм; n - частота вращения вала, об/мин k1 = dп1*n1 = = млн. об. /мин. K2 = dп2*n2 = = млн. об. /мин
Полученные значения k не превышают 300000 млн. об. /мин. , поэтому применяем пластичную смазку УС-2 по ГОСТ 1033-73, которая закладывается в подшипниковые камеры при монтаже.
10. Сборка редуктора
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 ведущий вал насаживают мазеудерживающие кольца и устанавливают роликоподшипники, предварительно нагретые в масле до 80-100° С; в ведомый вал закладывают шпонку 5ґ5ґ28 и напрессовывают зубчатое колесо до упора в бурт вала; затем надевают распорную втулку, мазеудерживающие кольца и устанавливают подшипники, предварительно нагретые в масле. Собранные валы укладывают в основание корпуса редуктора, регулируют зубчатое зацепление и надевают крышку корпуса, покрывая предварительно поверхности стыка крышки и корпуса спиртовым лаком. Для центровки устанавливают крышку на корпус с помощью двух конических штифтов; затягивают болты, крепящие крышку к корпусу. После этого в подшипниковые камеры закладывают пластичную смазку, ставят крышки подшипников с комплектом металлических прокладок; регулируют тепловой зазор. Перед установкой сквозных крышек в проточки закладывают войлочные уплотнения, пропитанные горячим маслом. Проверяют проворачиванием валов отсутствие заклинивания подшипников (валы должны прокручиваться от руки) и закрепляют крышки винтами. Затем ввёртывают пробку маслоспускного отверстия с прокладкой и привинчивают фонарный маслоуказатель. Собранный редуктор обкатывают и подвергают испытанию на стенде по программе, устанавливаемой техническими условиями.
11. Список использованной литературы
Анурьев В. И. - Справочник конструктора - машиностроителя: в 3-х томах. Том 3 М. : Машиностроение, 1980. - 398 с. Анурьев В. И. - Справочник конструктора - машиностроителя: в 3-х томах. Том 1 М. : Машиностроение, 1979. - 483 с. Дунаев П. Ф. , Леликов О. П. - Детали машин. Курсовое проектирование. - Высшая школа, 1990. - 523 с. Чернавский С. А. - Курсовое проектирование деталей машин. - М. : Машиностроение, 1988. - 416 . с
|