Проект привода одноступенчатого червячного редуктора
Забайкальский
государственный педагогический университет им. Н.Г.Чернышевского
Технолого-экономический
факультет
КАФЕДРА
МАШИНОВЕДЕНИЯ
КУРСОВАЯ
РАБОТА
Проект
привода одноступенчатого червячного редуктора
Чита
2009 г.
Содержание
Введение
.
Выбор электродвигателя и кинематический расчет
.
Расчет зубчатых колес редуктора
.
Предварительный расчет редуктора
.
Конструктивные размеры шестерни колеса
.
Конструктивные размеры корпуса редуктора
.
Первый этап компоновки редуктора
.
Выбор подшипников
.
Второй этап компоновки редуктора
.
Тепловой расчет редуктора
.
Проверка прочности шпоночных соединений
.
Выбор сорта масла
.
Сборка редуктора
Заключение
Список
литературы
Приложение
редуктор сборочный шероховатость конструирование
Введение
В процессе выполнения курсового проекта
необходимо усвоить методику расчета и конструирования механизмов приборов и
деталей, научиться пользоваться технической литературой, справочниками,
каталогами, материалами ЕСКД, нормами и ГОСТ.
Необходимо развить в себе способность выполнения
сборочных чертежей механизмов и рабочих чертежей детали с правильной
постановкой размеров, предельных отклонений и шероховатостей, поверхности в
соответствии с требованиями ЕСДП.
1.
Выбор электродвигателя и кинематический расчет
Примем КПД первичного редуктора η
= 0,8
Требуемая мощность электродвигателя
Νтр
= Ν/η (1)
гдеN
- мощность на выходном валу, КВт
η - КПД редуктора
Nтр
= 12 / 0,8 = 15 КВт
По таблице П1 выбираем асинхронный
двигатель с повышенным пусковым магнитом АОП2 - 64 - 2 , параметры которого Nдв
= 17 КВт, nдв
= n1
= 1440 об/мин. По таблице П2 находим диаметр конца вала d
дв
= 42 мм.
Передаточное отношение
і = nдв
/
n2
(2)
гдеnдв
- чистота вращения входного вала;
n2 - частота
вращения выходного вала.
і = 1500 / 90 = 16
2. Расчет редуктора
Число витков червяка Z1 принимаем в
зависимости от передаточного отношения (передаточного числа) по таблице 3.2.1.
при і = 16 принимаем Z1 = 4
Число зубьев червячного колеса
2
= і · Z1 (3)
Z2 = 16 · 4 = 64
Выбираем материал червяка и червячного колеса.
Принимаем для червяка сталь 45 с закалкою для твердости не менее HRC
45 и последующим шлифованием.
Так как к редуктору не предъявляется специальных
требований, то в целях экономии принимаем для венца первичного колеса бронзу
БрАЖ - 4 Л (отливка в землю).
Предварительно определяем ожидаемую скорость
скольжения
Us = 0.45 · 103
· n1 
(4)
где Т2 - вращающий момент
на колесе
Т2 = (9,55 · Ν дв) / n2
(5)
Т2 = 
s = 0,45 · 10-3
· 1500 · 
= 7,9 м/с
Тогда при длительной работе
допускаемое контактное напряжение [σ]Н = 140 Н/мм2
Принимаем предварительно коэффициент
диаметра червяка q = 12,5
Вращающий момент на валу червячного
колеса
М2 = Ν2 / ω2 (6)
гдеω2 - угловая
скорость выходного вала рад/с
ω2 = Пn2
/ 30(7)
ω2 = 
М2 = 
Принимаем предварительно коэффициент
нагрузки К = 1,2
Определяем межосевое расстояние из
угловой контактной прочности
αω = (Z2
/q + 1) 
(8)
αω = (64/12,5
+ 1) 
Модуль
m = 2 αω / (Z2 + q) (9)
m = 2 · 264 /
64 + 12,.5 = 6,9 мм
Принимаем по ГОСТ 2144 - 76
стандартные значения
m = 10 и q = 12,5 мм.
Межосевое расстояние при стандартных
значениях m и q
αω = 10 (12,5
+ 64) / 2 = 382,5 мм
Передаточное отношение U
U = Z2 / Z1 (11)
U = 64 / 4 =
16
Основные размеры червяка.
Делительный диаметр червяка
d1 = qm (12)
d1 = 12,5 · 10
= 125 мм
Диаметр вершин витков червяка
da1 = d1 + 2m (13)
da1 = 125 + 2 ·
10 = 145 мм
Диаметр впадин витков червяка
df1 = d1 - 2,4 m (14)
df1 = 125 - 2,4
· 10 = 101 мм
Длина нарезной части шлифованного
червяка
в1 ≥ (11 + 0,06 Z2)
m + 25 (15)
в1≥ ( 11 + 0,06 ·
64) · 10 + 25 = 173,4 мм
Принимаем в1 = 173 мм
Делительный угол подъема j
tqj = Z1 /q (16)
tqj = 4 / 12,5
= 0,32
j = 18о 25΄
06˝
Основные размеры венца червячного
колеса:
Делительный диаметр червячного
колеса
d2 = Z 2 m (17)
d2 = 64 · 10 =
640 мм
Диаметр вершины зубьев червячного
колеса
dq2 = d2 + 2 m (18)
dq2 = 640 + 2 ·
10 = 660 мм
Диаметр впадин червячного колеса
df2 = d2 - 2,4 m (19)
df2 = 640 - 2,4
· 10 = 616 мм
Наибольший диаметр червячного колеса
da M2 ≤ da + 6 m / Z1 + 2 (20)
da M2 ≤ 660
+ (6 · 10) / (4+2) = 670 мм
Ширина венца червячного колеса
в2 ≤ 0,75 da1 (21)
в2 ≤ 0,75 · 145 =
108,75 мм
Окружная скорость червяка
И1 = Пd1 n1 / 60 (22)
И1 = 3,14 · 125 · 10-3
· 1500 / 60 = 4,42 м/с
Скорость скольжения
Иs = И1
/ cos j (23)
Иs = 4,42 /
0,9479 = 4,6 м/с
При этой скорости [σ] н = 138 Н/мм2отклонение
Перерасчета αω делать не
надо, необходимо проверить σн.
Для этого уточним КПД редуктора: при
скорости Иs = 4,6,
приведенный коэффициент трения для безоловянной бронзы и шлифованного червяка
f΄ = 0,020
p΄ = 1o 10΄
КПД редуктора с учетом потерь в
опорах, потерь на разбрызгивание и перемешивание масла
η = (0,95 ÷ 0,96) tqj / (j + p΄) (24)
η = (0.95 ÷ 0.96) 
По таблице 2.7 выбираем 6-ю степень
точности передач и нормативной гарантированной боковой зазор. В этом случае
коэффициент динамичности Кч = 1,2.
Коэффициент неравномерности
распределения нагрузки:
Кв = 1 + ( Z2 /Q)3
· (1 - х) (25)
гдеQ -
коэффициент деформации червяка;
х - вспомогательный коэффициент.
По таблице 3.2.8. Q = 94, х =
0,6.
Кв = 1 = (64 / 94)3 · (1
- 0,6) = 1,12
Коэффициент нагрузки
К = КВ Кч (26)
К = 1,12 · 1,1 · 1,2 = 1,3
Проверяем контактное напряжение
σн = 170 / (Z2 / q) 
(27)
Эквивалентное число зубьев
Zч = Z2 /cos3 j (28)
Zч = 64 /
(0,9478)3 = 75
Коэффициент формы зуба по таблице
3.2.9.
IF = 2,09
Напряжение изгиба
σF = (1,2 ·
1273 · 103 · 1,3 · 2,09) / 64 · 640 · 102 = 104 Н/мм2
3. Предварительный расчет
редуктора
Крутящие моменты в поперечных сечениях валов:
Ведомого
Мк2 = М2 (30)
МК2 = М2 = 1273 · 103
Н/мм
Ведущего (червяк)
МК1 = М1 = М2 /
Цη
(31)
МК1 = 1273 · 103 / 19,5 ·
0,9 = 79 · 103 Н/мм
Витки червяка выполнены заодно с валом.
4. Конструктивные размеры
шестерни и колеса
Ведущий вал
Диаметр выходного конца вала по расчету на
кручение при [τ]н = 25 Н/мм2
dВ1
(32)
dВ1
Но для соединения его с валом
электродвигателя примем
dB1 = dдв = 42 мм
Диаметры подшипниковых шеек
dn1 = dв1
+ 2Т (33)
гдеТ - определяем по таблице, Т =
1,2
dn1 = 25 + 2 · T = 42 мм
Для выхода режущего инструмента при
нарезании витков рекомендуются участки вала, прилегающие к нарезке, протачивать
до диаметра меньше df1.
Длина нарезной части в1 =
173 мм.
Расстояние между спорами червяка
α1 = da M2 (34)
α1 = 670 мм
Расстояние до середины выходного
конца до ближайшей опоры f1 =
Ведомый вал
Диаметр выходного конца
dв2
= 
(35)
dв2
= 
Примем dв2
= 70 мм
Диаметры подшипниковых шеек
dn2 = dв2
+ 2 t (36)
dn2 = 70 + 2 ·
2,5 = 80 мм
Диаметр вала под червячным колесом
Дк2 = dn2 + 3 n (37)
Дк2 = 80 + 4 · 3 = 90 мм
Диаметр структуры червячного колеса
dcm2 = (1,6 :
1,8) dк2 (38)
dcm2 = (1,6 :
1,8) · 90 = (144 : 162)
Примем dcm2 = 150 мм.
Длина ступицы червячного колеса
Lcm2 = (1,2 :
1,8) dк2
(39)
Lcm2 = (1,2 :
1,8) · 90 = (108 : 162)
Примем Lcm2 = 125 мм
5. Конструктивные размеры
корпуса редуктора
Толщина стенок корпуса и крышки:
σ 0,04 а + 2 (40)
σ= 0,04 · 182,5 + 2
= 9,3 мм
Примем σ =
10 мм
σ1
= 0,032 а + 2 (41)
σ1
= 0,032 · 182,5 + 2 = 7,84 мм
Примем σ1
= 10 мм
Толщина фланцев (поясков) корпуса и крышки:
в = в1 = 1,5 σ
(42)
в = 1,5 · 10 = 15 мм
Толщина нижнего пояса корпуса при наличии
бобышек
Р1 = 1,5 σ
(43)
Р1 = 1,5 · 10 = 15 мм
Р2 = (2,25 : 2,27) σ
(44)
Р2 = (2,25 : 2,27) · 10 = 22,5 : 2,75
Примем Р2 = 25 мм
Диаметры болтов: фундаментальных.
d1
= (0,30 : 0,36) а + 12 (45)
d1
= (0,30 : 0,36) 182,5 + 12 = 18 - 19 мм
Примем болты с резьбой М 20.
Диаметр болтов d2
= 16 мм и d3
= 12 мм
6. Первый этап компоновки
редуктора
Вычертить на двух проекциях червяк и червячное
колесо.
Вычертить подшипники колеса на расстояние α1
= dаМ2 =
670 мм, один от другого, располагая их симметрично, относительно среднего
сечения червяка.
Так же симметрично располагаем подшипники вала
червячного колеса. Расстояние между ними замерить по чертежу α2
=
7. Выбор подшипников
В связи с тем, что в червячном зацеплении
возникают значительные усилия, принять радиально - упорные подшипники:
шариковые средний червяка и роликовые конические легкой серии вала червячного
колеса.
Проверка долговечности подшипников
Усилия в зацеплении.
Окружное усилие на червячном колесе, равное
осевому усилию на червяке.
Р2 = Ра1 = 2М2
/ d2
(46)
Р2 = 2 · 1273 · 103 / 640
= 3978 Н
Окружное усилие на червяке, равное основному
усилию на колесе
Р1 = Ра2 = 2М1
/ d1
(47)
Р1 = 2 · 79 · 103 /125 =
1264 Н
Радиальные усилия на червяке и колесе
Рr2
= Pr1
= P2tqα
(48)
Pr2
= 3978 tq 20o
= 1445 H
Червяк имеет правое направление витков.
Вал червяка
Расстояние между опорами α1
= 670 мм
Диаметр d1
= 125 мм
Реакции опор (правую опору, воспринимающую
внешнюю осевую силу Рх обозначить цифрой «2»)
В плоскости XZ
Rx1
= Rx2
= P1
/2 (49)
Rx1
= 1264 / 2 = 632 H
В плоскости YZ
- Ry1
+ Pr1 (
α1/2)
- Pa1
(d/2) = 0 (50)
Ry1
= (1445 · 670/2 - 3978 · 125/2) = 353 Y
Ry2
= (485750 + 248625) / 670 = 1096 H
Проверка: Ry1
+ Ry2
- Pr1
= 353 + 1092 - 1450 = 0
Суммарные реакции:
Fr1 = R1
= 
(51)
Fr1 = 
Fr2 = R2
= 
(52)
Fr2 = 
= 1265 H
Осевые составляющие радиальных
реакций шариковых радиально - упорных подшипников
S1
= eFr1 (53)
S1
= 0,68 · 723 = 491 H
S2
= eFr2 (54)
S2 = 0,68 ·
1265 = 860 H
Осевые нагрузки подшипников в нашем
случае
S1
< S2 ; Fa = Pa1 > S2 - S1; тогда
Fа1
= S1 = 491 Н
Fa2 = S1 + Fa (55)
Fa2 = 491 +
3978 = 4469 H
Рассмотрим левый подшипник
Отношение
Fa1 / Fr1 = 491 / 723
= 0,68 = e
Осевую нагрузку не учитываем.
Эквивалентная нагрузка
Рэ1 = Fr1 · V KσKT (56)
Рэ1 = 723 · 1,3 = 989,9 Н
Рассмотрим правый подшипник
Fa2 / Fr2 = 4469 /
1265 = 3,52 > e
Поэтому эквивалентную нагрузку
определяем с учетом осевой:
Рэ2 = (хFr2 V + YFa2) kσKT (57)
Рэ2 = (0,4 · 1265 · 1 +
0,87 · 4469) · 1,3 = 5712 Н = 5,7 кН
Долговечность определяем по более
нагруженному подшипнику.
Расчетная долговечность, млн. об.,
L = (c/Pэ2)3
(58)
L = (56,8 /
5,7)3 = 970 млн. об.
Расчетная долговечность, ч.
Ih = L · 106
/ 60 n1 (59)
Ih = 970 · 106
/60 · 1500 = 10777 ч > т.ч.
Ведомый вал
Расстояние между опорами α2 = 330 мм
Диаметр d = 640 мм
В плоскости YZ
Rz3 = Rz4 = P2 / 2 (60)
Rz3 = 3978 / 2
= 1989 H
В плоскости YZ
Ry3α2 + Pr2 (α2 / 2) - Pa2 (d2 / 2) = 0
(61)
Ry3 = 1264 ·
320 - 1445 · 165 - 238425 / 330 = 503 H
Проверка:
Ry3 - Ry4 + Pr2 = 0 (62)
- 1948 + 1265 = 0
Суммарные реакции
Fr3 = R3
= 
(63)
Fr3 = 
Fr4 = R4
= 
(64)
Fr4 = 
Осевые составляющие радиальных
реакций конических подшипников
S3
= 0,83 e Fr3 (65)
S3
= 0,83 · 0,411 · 2051 = 699 Н
S4
= 0.83 e Fr4 (66)
S4 = 0,83 ·
0,411 · 2784 = 961 Н
Осевые нагрузки подшипников в нашем
случае S3 < S4 ; Fa = Pa2 > S4 - S3, тогда Fa3 = S3 = 699 H
Fa4 = S3 + Fa (67)
Fa4 = 699 +
1264 = 1963 H
Для правого (с индексом «3»)
подшипника
Fa3 / Fr3 = 699 / 2051
= 0,340 < e
Поэтому осевые силы не учитываем
Эквивалентная нагрузка
Рэ3 = Fr3 V k σ KT (68)
Рэ3 = 2051 · 1,3 = 2666 Н
В качестве опор ведомого вала примем
одинаковые подшипники 7516. Долговечность определяем для левого подшипника, для
которого эквивалентная нагрузка значительно больше.
Для левого (индекс «4») подшипника
Fa4 / Fr4 (69)
1963 / 2784 = 0,650 > е
Мы должны учитывать осевые силы при
подсчете эквивалентной нагрузки.
Примем V - 1; к σ = 1,3; х =
0,4.
Для конических подшипников х = 0,4 и
у = 1,459
Рэ4 = (0,4 · 2784 · 1 +
1,459 · 1963) · 1,31 = 4924 Н = 4,9 кН
Расчетная долговечность, млн. об.
L = (c /Рэ4)
(70)
L = (56,8 /
4,9) = 9000 млн.
об. мин.
Расчетная долговечность, ч.
αh = α · 106
/ 60n2 (71)
αh = 
> 10000
т.ч.
гдеn2 = 90 об/
мин. Частота вращения вала червячного колеса.
8. Второй этап компоновки
редуктора
Используем чертежи первого этапа компоновки.
Смазка зацепления и подшипников - разбрызгиванием
жидкого масла, залитого в корпус ниже уровня витков так, чтобы избежать
чрезмерного заполнения подшипников маслом, нагнетаемым червяком.
На валу червяка устанавливаем крыльчатки: при
работе редуктора они будут разбрызгивать масло и забрасывать его на колесо и в
подшипники.
Уплотнение валов обеспечивается резиновыми
манжетами. В крышке люка корпуса отдушины. В нижней части корпуса вычеркиваем
пробку для спуска масла и устанавливаем маслоуказыватель с трубкой из
оргстекла.
Конструируем стенку корпуса и крышки.
Вычеркиваем фланцы и нижний пояс. Конструируем крюки для подъема.
Устанавливаем крышки подшипников гладкие и
сквозные для манжетных уплотнений. Под крышки устанавливаем металлические
прокладки для регулировки.
Вычерчиваем шпонки.
На выходном конце вала червяка
в · h · α = 12 · 8 · 42 мм
На выходном конце вала червячного колеса
В · h · α = 18 · 11 · 80 мм
9. Тепловой расчет редуктора
Для проектируемого редуктора площадь
теплоотводящей поверхности F
≈
0,73 м2.
Условные работы без перегрева без продолжительности
работе.
∆ t
= tm - tB=
N4
(1 - n) / RtF
≤
[∆t] (72)
гдеNч
= 17 кВт = 17000 Вт - мощность на червяке
Rt = 17 Вт (м2
со) - коэффициент теплопередачи.
∆t
= 17000 (1 - 0,9) / 17 · 0,73 = 136 > [∆t]
Допускаемый перепад температур при нижнем червяке
[∆t] = 60. Для
уменьшения ∆t следует,
соответственно увеличивать теплоотдающую поверхность пропорционально
соотношению.
∆t
/ [∆t] = 136 / 60,
сделав корпус ребристым.
10.
Проверка прочности шпоночных соединений
Шпонки призматические со скругленными концами.
Материал шпонок - сталь 45 нормализованная. Допускаемые напряжения смятия при
стальной ступице [σ]
см = 100 : 120 Н/мм2
Ведущий вал
dв1 = 42
мм; в · h · α = 12 · 8 · 42 мм.
Мк1 = 79 · 103 мм, t1
= 5 мм
σ см = 2 М1
/ (dв1(h - t1)
(l - в) (73)
σ см = 2 · 79 · 103
/ (42 (8 - ) (42 - 12) = 38 Н мм2 < [σ]см
Ведомый вал.
Из двух шпонок - под червячным колесом и на
выходном конце вала червячного колеса - далее нагружена вторая (меньше диаметр
вала и поэтому меньше размеры поперечного сечения шпонки).
Проверим шпону на выходном конце ведомого вала.
dв2 = 63
мм; в · h · α = 18 · 11· 80 мм.
t1
= 7,5 мм
σ см = 2 · 1273 · 103
/ 63 · 4,5 · 62 = 110 Н/мм2 < [σ]
. Выбор сорта масла
Смазка зацепления и подшипников производится
разбрызгиванием жидкого масла. По таблице 3.11.1. установить вязкость масла.
При скорости скольжения Иск = 9,9 м/с рекомендуемая вязкость V50
= 118 c ст.
По таблице 3.11.2. принимаем масло
индустриальное N = 100А по
ГОСТ 20799 - 75.
12. Сборка редуктора
Перед сборкой внутреннюю полость корпуса
тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской. Сборку редуктора производят
в соответствии с чертежом общего вида. Начинают сборку с того, что на червячной
вал надевают крыльчатки и шариковые, радиально - упорные подшипники,
предварительно нагрев их в масле до 80о - 100о С.
Собранный червячный вал вставляют в корпус.
В начале сборки червячного колеса закладывают
шпонку и напрессовывают колесо до упора и бурт вала; затем надевают распорную
втулку и устанавливают роликовые конические подшипники, нагретые в масле.
Собранный вал укладывают в основание корпуса и нагревают крышку корпуса,
покрывая предварительно поверхность стыка фланцев спиртовым маслом. Для
центровки крышку устанавливают на корпус с помощью двух конических штифтов и
затягивают болты.
Закладывают в подшипниковые, сквозные крышки
резиновые манжеты и устанавливают крышки с прокладками.
Ввертывают провод в маслоспускного отверстие с
прокладкой и маслоуказатель. Заливают в редуктор масло и закрывают смотровое
отверстие отдушиной. Собранный редуктор обкатывают и испытывают на складе в
соответствии с техническими условиями.
Заключение
В процессе выполнения курсового проекта усвоили
методику расчета и конструирования механизмов проборов и деталей, научились
пользоваться технической литературой, каталогами, материалами ЕСКД, нормами и
ГОСТ.
Развили в себе способность выполнения сборочных
чертежей механизмов и рабочих чертежей деталей с правильной постановкой
размеров, предельных отклонений и шероховатостей поверхности в соответствии с
требованиями ЕСДП.
Список литературы
1. Анурьев
В.И. Справочник конструктора - машиностроителя. Изд. 5-е в 3-х тт. - М.:
Машиностроение, 2007.
. Дунаев
П.Ф., Леликов О.П. Расчет допусков размеров - М.: Машиностроение, 2006.
. Детали
машин - Метод. указ. - Чита: Заб. ГПУ - 2008.
. Иванов
М.Н. Детали машин. Учебник для вузов. Изд. 6-е. М. Высшая школа., 2006.
. Черновский
С.А. Курсовая проектирования деталей машин. Изд. 2-е. М.: Машиностроение, 1998.
Приложение
Расчет валов на прочность
Приведенный момент инерции поперечного сечения
червяка.
Упр = 
( 0,375 +
0.625 
Упр 
Стрела прогиба
f = 
f = 
Допускаемый прогиб
[f] = (0,005 :
0,01) m
[f] = (0,005 :
0,01) 10 = 0,05 : 0,1 мм.
Жидкость обеспечивается, т.к.
f = 0,00905
мм < [f]
Определение коэффициента запаса
прочности в опасных сечения вала червячного колеса.
S = 
гдеFтц -
окружная сила, Н.
Fтц =
гдеFv - от
центробежных сил.
Fv = q · δ2
Fv = 3,8 ·
2,652 = 25Н
Ff = 9,81 Kf · qац
Ff = 9,81 ·
1,5 · 3,8 · 1,562 = 80Н.
Расчетная нагрузка на валы.
Fв
= Fтц
+ 2 Ff
Fв
= 2150 + 2 · 80 = 2310 Н=
Это больше, чем нормативный
коэффициент запаса [S] ≈ 9,4; следовательно,
условие S > [S] выполнено.