Ft
,
окружное усилие на тяговой звездочке
|
6
кН
|
V, окружная
скорость
|
0,1м/с
|
t, шаг цепи
|
80
мм
|
z, число зубьев
звездочки
|
12
|
Определим общий КПД привода
(1.1)
где -
КПД зубчатой цилиндрической передачи; -
КПД червячной передачи; - КПД цепной
передачи; - КПД пары
подшипников.
- 0,97; -
0,85; -0,93;
-0,99.
η0 =0,97
·0,85·0,93·0,993=0,75
Определим требуемую мощность
электродвигателя
, (1.2)
где -
мощность на выходном валу привода
Nвых=Ft·V=6·0,1=0,6кВт
(1.3)
По расчетным данным примем электродвигатель
серии 471В4УЗ.
Nдв=0,75кВт,
nс=1500мин-1,
S=7,5%.
Определим требуемое общее
передаточное число привода
, (1.4)
где -
асинхронная частота вращения ротора электродвигателя, определяется с учетом
скольжения ротора; - частота вращения
выходного вала привода.
Асинхронная частота вращения ротора
электродвигателя определяется из выражения:
, (1.5)
где -
синхронная частота вращения.
Для указанного выше электродвигателя типа
471В4УЗ S=7.5 %
Тогда .
Находим из
выражения:
. (1.6)
Тогда
=222.
Выполним разбивку общего передаточного
числа по ступеням привода
, (1.7)
где -
передаточное зубчатой цилиндрической число передачи; -
передаточное число червячной передачи. Принимаем следующие значения
передаточных чисел: для зубчатой цилиндрической передачи =5,
для червячной передачи =45. Определим
фактическое передаточное число привода:
.
Найдём отклонение общего передаточного числа:
(1.7)
Как видим, отклонение фактического передаточного
числа привода от требуемого
передаточного числа является
допустимым.
Определим частоты вращения, угловые
скорости и крутящие моменты на всех валах привода
На первом (ведущем валу)
,
где -
в Ваттах
На втором валу
На третьем валу(выходной)
Расчет цилиндрической зубчатой
передачи
Рассчитаем цилиндрическую прямозубую
передачу (рис.1). Крутящий момент: на ведущем валу Т1=Нм, на ведомом
валу Т2=26,4Нм, угловые скорости: на ведущем валу на ведомом,
передаточное число =5, срок
службы редуктора t=8лет, коэффициенты использования
привода в течение суток и в течение год: ,частота вращения ведущего колеса n1=1387,5мин-1,
частота вращения ведущего колеса n2=277,5 мин1;
передача не реверсивная.
, n2
Рисунок 1-Схема цилиндрической прямозубой
передачи
, n1
. Выбор материалов
. Предел контактной выносливости при
базовом числе циклов для улучшенной стали со средней твердостью рабочих
поверхностей зубьев (НВ≤ 350) определяем по таблице 3.2 [1]:
для шестерни ; (2,1)
для колеса .
. Базовое число циклов напряжений в
зубьях колес пары:
для колеса принимаем по таблице 3.2
[1] ;
для зубьев шестерни рассчитываем:
. (2,2)
Эквивалентное число циклов перемены
напряжений припеременной нагрузке:
(2,3)
где с - число зубчатых колес, находящихся в
зацеплении с рассчитываемым; - частота вращения
шестерни (колеса); - время работы
передачи при соответствующей ступени нагружения.
, (2.4)
где 365 - число дней в календарном году; 24 -
число часов в сутках; - срок службы
привода; -
коэффициенты использования привода в течение суток и в течение года.
Рассчитаем эквивалентное число
циклов нагружений шестерни:
HE1=60*1*1387,5*22776=1,89*107>NHO,
NHE2=60*1*277,5*22776=3,79*106>NHO
Поскольку принимаем
коэффициент долговечности для шестерни .
Для стали с поверхностным упрочнением принимаем [1, С. 33].
. Допускаемые контактные напряжения:
МПа; (2.5)
МПа.
5. Из рекомендуемого ряда значений принимаем в
соответствии со стандартом .
Определим коэффициент ширины венца
по диаметру:
.
. Предварительно из таблицы 3.1 [1] принимаем
значение коэффициента нагрузки .
Из условия контактной выносливости зубьев
определим межосевое расстояние. Допускаемые контактные напряжения примем для
колеса, так как они меньше.
, (2.6)
,
Принимаем по стандарту [2, С. 20].
. Определим модуль зацепления:
(2.7)
принимаем по стандарту m = 1.75 мм.
[2, С. 21].
. Число зубьев колес и фактическое
передаточное число
Суммарное число зубьев шестерни и
колеса:
=2·80/1.75=91; (2.8)
Число зубьев шестерни:
=91/(5+1)=18 (2.9)
Число зубьев колеса:
(2.10)
Фактическое передаточное число:
(2.11)
. Геометрические параметры колес:
Делительный диаметр шестерни =18·1,75=31,5
мм; (2.12)
колеса =73·1,75=127,7
мм.
Диаметр вершин зубьев шестерни
(2.13)
колеса
Диаметр впадин шестерни . (2.14)
колеса
Ширина венца колеса , (2.15)
шестерни (2.16)
Значение коэффициента (2.17)
. Окружная скорость шестерни:
(2.18)
При такой величине скорости
принимаем для передачи 8-ю степень точности из таблицы 3.4 [1].
. Уточним значение коэффициента
нагрузки:
где из таблицы 3.5 [1] для твердости
НВ<350 и симметричного расположения колес; из таблицы 3.6 [1] для прямозубой
передачи при скорости V< 5 м/с и твердости НВ < 350.
. Величина расчетных контактных
напряжений:
(2.19)
, что допустимо. (2.20)
. Предел выносливости при от нулевом
цикле изгиба и коэффициент безопасности (табл. 3.9 [1]):
HB; .
Для штампованных заготовок
. Допускаемые напряжения изгиба:
для шестерни ;. (2.21)
для колеса
15. Определим коэффициент нагрузки (табл. 3.7,
3.8 [1]):
(2.22)
. Установим колесо пары, для
которого будет продолжен расчет.
Коэффициенты формы зубьев,
выполненных без смещения (Х=0), [1, с.
42].
=57,9 МПа; . (2.23)
57,6 МПа.
следовательно, зубья колеса менее
прочны, расчет производим для него.
. Проверка зубьев колеса на
выносливость при изгибе:
(2.24)
Расчет червячной передачи
Рассчитаем червячную передачу (рис.
2), мощность на валу червяка угловые скорости: червяка колеса ; крутящий
момент на валу червяка Т2=26,4Нм; крутящий момент на валу червячного
колеса Т3=999,7 Нм, передача не реверсивная.
Рисунок.2-Схема червячной передачи
1 Передаточное число передачи , что
соответствует стандартному значению
. Число зубьев колеса: (3.1)
где - число заходов червяка при u = 48, .
. Назначаем материал червяка - сталь
40 ХН улучшенную до HRC 50; для венца колеса по таблице 4.8
[1] принимаем безоловянную бронзу БрА9ЖЗЛ (отливка в песок), для ступицы -
чугун СЧ 15. Предварительно примем 7-ю степень точности. Рабочие поверхности
витков червяка шлифованные.
. Допускаемые напряжения.
Принимаем предварительно скорость скольжения в
зацеплении VS=6м/с,
из таблицы 4.9 [1] находим допускаемое контактное напряжение
. Коэффициент нагрузки:
(3.2)
Возьмем из таблицы
4.7 [1]
Коэффициент диаметра червяка примем q = 10.
Межосевое расстояние из условия контактной выносливости:
(3.3)
. Осевой модуль зацепления:
(3.4)
принимаем по ГОСТ 2144-76 m = 5 мм, q =8, аω=260мм.
Уточним межосевое расстояние:
. (3.5)
. Делительный диаметр червяка:
(3.6)
Делительный угол подъема витков
червяка:
(3.7)
. Окружная скорость червяка:
(3.8)
Скорость скольжения в зацеплении:
(3.9)
Коэффициент нагрузки при скорости скольжения по
таблице 4.7 [1] К = 1.
. Проверим расчетное контактное напряжение:
Превышение фактического значения над допустимым:
(3.11)
. Геометрические параметры передачи
для червяка:
Диаметр вершин витков червяка:
(3.12)
Диаметр впадин червяка:
(3.13)
. Длина нарезанной части червяка:
при (3.14)
добавляя к расчетному значению
примерно 30 мм, принимаем =113 мм.
Для колеса: (3.15)
Диаметр вершин зубьев червячного
колеса:
(3.16)
Диаметр впадин зубьев червячного
колеса:
(3.17)
Ширина венца колеса:
при , (3.18)
принимаем b2=34мм
12. При нереверсивной работе
коэффициент долговечности из таблицы
4.8 [1] , тогда допускаемое
напряжение изгиба;
(3.19)
- из таблицы 4.8 [1]
Эквивалентное число зубьев
червячного колеса:
(3.20)
Из таблицы 4.5 [1] коэффициент формы
зуба
Определим напряжение изгиба:
Предварительный расчет и
проектирование и валов. Ведущий вал-червяк
Крутящий момент Т1=5,5 Нм.
Диаметр входного конца ведущего вала
(4,1)
где -
допускаемое напряжение на кручение, для червяка =18
МПа
d1.
Находим диаметры каждого участка
вала:
d6=d3=20мм.
Находим длину каждого участка вала:
l1=1,5*d1=1,5*11,5=17.25мм,
принимаем l1=18мм; (4,3)
l2=1,5*d2=1,5*15=22.5мм;l3=15мм;l4=5мм;l5=25мм;l6=l3=15мм.
Ведомый вал
Крутящий момент Т2=26,4Нм.
Наименьший диаметр вала
= = 19,5мм. (4,4)
где - допускаемое напряжение на
кручение, для валов из сталей 40, 45 =15-20 МПа.
примем d1=20мм.
Находим диаметры всех участков вала:
d2=20+5=25мм;d3=35мм;d4=50мм;d5=35мм;d6=d2=25мм;d7=20мм.
(4.5)
Находим длины каждого участка:
l1=B2=20мм;l2=17мм;l3=5мм;l4=28мм;l5=5мм;l6=l2=17мм;l7=15мм.
(4.6)
Выходной вал
Крутящий момент 999,7Нм.
Диаметр входного конца ведущего вала
= = 65,6мм. (4.7)
где -
допускаемое напряжение на кручение, для валов из сталей 40, 45 =15-20
МПа.
примем d1=70мм;
Находим диаметры на всех участках вала:
d2=d1+5=20+5=25мм;
d3=85мм;d4=90мм;d5=100мм;d6=85мм.
(4.8)
Находим длины на всех участках вала:
l1=1,5*d1=1,5*70=105мм;
l2=1,5*d2=1,5*75=111,2мм;l3=41мм;
l4=39мм;
l5=5мм;l6=41мм.
Уточненный расчет валов
Ведущий вал-червяк
Материал червяка сталь 45 улучшенная до НRC
50. По таблице 3,3 при диаметре
заготовки до 90мм (в нашем случае d1=11,5мм)
среднее значение σb-800
МПа.
Сечение А-А. Это сечение при передаче вращающего
момента от электродвигателя через муфту рассчитываем на кручение. Концентрацию
напряжения вызывает наличие шпоночной канавки.
Предел выносливости стали при симметричном цикле
изгиба
=0,35930+(70-120)=275,5
МПа. (5,1)
Предел выносливости стали при симметричном цикле
кручения
=0,58275,5=159,79
МПа. (5,2)
Амплитуда и среднее напряжение отнулевого цикла
, (5,3)
где -
момент сопротивления кручению
=
мм3. (5.4)
10,4 МПа.
Амплитуда цикла нормальных напряжений
σV=
. (5.5)
Изгибающий момент в
сечении А-А от консольной нагрузки
= (5.6)
σV=
Коэффициент запаса прочности по
нормальным напряжениям
, (5.7)
где - эффективный коэффициент
концентрации 1,7 по таблице 8,5; -
масштабный фактор 0,92 по таблице 8,8;
= 0,1; - среднее
напряжение цикла нормальных напряжений, осевая нагрузка на вал отсутствует = 0 .
Коэффициент запаса прочности по касательным
напряжениям
(5.8)
Результирующий коэффициент запаса прочности:
(5.9)
Промежуточный вал
Материал вала сталь 45 нормализованная; σb-800
МПа по таблице 3,3. Сечение Б-Б.
Диаметры вала в этих сечениях 20мм. Концентрация напряжений обусловлена наличием
шпоночных канавок.
Предел выносливости стали при симметричном цикле
изгиба
=0,43800=344МПа.
(5.10)
Предел выносливости стали при симметричном цикле
кручения
=0,58344=199,52МПа.
(5.11)
Амплитуда и среднее напряжение отнулевого цикла
, (5.12) где -
момент сопротивления кручению
=1427
мм3. (5.13)
9,2 МПа.
Суммарный изгибающий
момент сечении В-В
* = (5.14)
Амплитуды цикла нормальных
напряжений
σVБ-Б=; (5.15)
Коэффициенты запаса прочности по
нормальным напряжениям
, (5.16)
где - эффективный коэффициент
концентрации нормальных напряжений
=0,92 по таблице 8,8; - среднее
напряжение цикла нормальных напряжений, если осевая нагрузка на вал отсутствует
или пренебрежимо мала, то принимают= 0.
Коэффициент запаса прочности по касательным
напряжениям
, (5.17)
где -
эффективный коэффициент концентрации касательных напряжении1,7
по таблице 8,5 -
масштабный фактор для касательных напряжений=0,83
по таблице 8,8
Результирующие коэффициенты запаса прочности:
(5.18)
Выходной вал
Материал вала сталь 45 нормализованная; σb-730
МПа по таблице 3,3. Сечение В-В.
Диаметры валов в этих сечениях: В-В- 90мм. Концентрация напряжений обусловлена
наличием шпоночных канавок.
Предел выносливости стали при симметричном цикле
изгиба
=0,43730=314МПа.
(5.19)
Предел выносливости стали при симметричном цикле
кручения
=0,58314=182МПа.
(5.20)
Амплитуда и среднее напряжение отнулевого цикла
, (5.21)
где -
момент сопротивления кручению
=
, (5.22)
=134865
мм3.
3,7 МПа.
Суммарный изгибающий
момент сечении В-В
=
Амплитуды цикла нормальных
напряжений
σVВ-В=;
Коэффициенты запаса прочности по нормальным
напряжениям
, (5.24)
где -
эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений
1,75 по таблице 8,5;
-
масштабный фактор для нормальных напряжений =0,70;
по таблице 8,8; -
среднее напряжение цикла нормальных напряжений, если осевая нагрузка на вал
отсутствует или пренебрежимо мала, то принимают=
0.
Коэффициент запаса прочности по касательным
напряжениям
, (5.25)
где -
эффективный коэффициент концентрации касательных напряжени1,6
по таблице 8,5 -
масштабный фактор для касательных напряжений=0,62;
8,8
Результирующие коэффициенты запаса прочности:
(5.26)
Проверка долговечности подшипников
Рис.
На рисунке 3 показана схема к расчету
подшипников ведущего вала.
Для определения реакций в опорах составим
уравнения моментов относительно каждой опоры в плоскостях XZ
и YZ .
В плоскости ХZ:
.
(6,1)
Ft1
=Fа2===349,2Н.
(6,2)
Н.
. (6,3)
=-174,6Н.
В плоскости УZ:
. (6,4)
(6,5)r1=
Fr2=Ft1tga=0,36349,2=125,7H.
=174,6Н.
. (6,7)
=62,8Н. (6,8)
Суммарные реакции:
(6,9)
(6,10)
Эквивалентная нагрузка на подшипник:
, (6,11)
где Х, У - коэффициенты радиальной и осевой
нагрузки;
- коэффициент, зависящий от характера нагрузки на подшипник
-1,3 из таблицы 9,19 ; -
температурный коэффициент -1,15 из таблицы
9,20 .
Из таблицы 9,18 Х=1; У=0
.
Расчетная долговечность подшипника в миллионах
оборотов:
(6,12)
Расчетная долговечность подшипника в часах:
(6.13)
где п1 = 2931 мин-1 частота
вращения ведущего вала.
20499,6ч.< t
(6,14)
Для определения реакций в опорах составим
уравнения моментов относительно каждой опоры в плоскостях XZ
и YZ .
В плоскости УZ:
.
(6,15)
Ft3===1320Н.
(6,16)r3===475,2Н.
(6,17)
. (6,18)
(6,19)
В плоскости ХZ:
. (6,20)
. (6,22)
(6,23)
Суммарные реакции:
(6,24)
(6,25)
Эквивалентная нагрузка на подшипник:
, (6.26)
где Х, У - коэффициенты радиальной и осевой
нагрузки Х=1; У=0 из таблицы 9,18 ;
-
коэффициент, зависящий от характера нагрузки на подшипник
-1,3 из таблицы 9,19 ; -
температурный коэффициент -1,25 из таблицы
9,20 .
Н=2,52кН.
Расчетная долговечность подшипника в миллионах
оборотов:
(6,27)
Расчетная долговечность подшипника в часах:
(6.28)
307567ч.t
(6.29)
Рис.
На рисунке 7 показана схема к расчету
подшипников выходного вала
Для определения реакций в опорах составим
уравнения моментов относительно каждой опоры в плоскостях XZ
и YZ.
В плоскости ХZ:
. (6,30)
(6,31)
Ft1
===4165Н.
(6,32)
. (6,33)
(6,34)
В плоскости УZ:
. (6,35)
(6,36)
Fr===1499,4Н.
(6,37)
. (6,38)
= (6,39)
Суммарные реакции:
(6,40)
(6,41)
Эквивалентная нагрузка на подшипник:
(6,42)
где -
коэффициент, зависящий от характера нагрузки на подшипник
-1,4 из таблицы 9,19 ; -
температурный коэффициент -1,25 из таблицы
9,20 .
Н.
Расчетная долговечность подшипника в миллионах
оборотов:
(6,43)
Расчетная долговечность подшипника в часах:
(6.44)
t.
Тепловой расчет редуктора
Для проектируемого редуктора площадь
теплоотводящей поверхности А0,73м2.
Условие работы редуктора без перегрева при продолжительной работе
(7.1)
где -
температура масла оС; -
температура окружающей среды
=20 оС; подводимая
мошьность.
Считаем, что обеспечивается достаточно хорошая
циркуляция воздуха, и принимаем коэффициент теплопередачи =17Вт/(м2
оС).
Проверка прочности шпоночных
соединений
Шпонки призматические со скругленными концами.
Размеры сечения шпонок и пазов и длины шпонок по ГОСТУ 23360-78 таблица 8.9.
Материал шпонок - сталь 45 нормализованная. Напряжение смятия и условие
прочности по формуле:
, (8,1)
где d
- диаметр вала в месте установки шпонки; -
рабочая длина шпонки.
Ведущий вал: d=11,5мм;
bh=4мм;
t1=2,5мм;
длинна шпонки l=8мм
Промежуточный вал состоит из двух шпонок под
червячным и под зубчатым колесом -одинаково нагруженных. Проверяем шпонку под
червячным и зубчатым колесом: d=20мм;
bh=6мм;
t1=3,5мм;
длинна шпонки l=16мм.
Так как >
,
принимаем две шпонки расположенные через 1800.
Выходной вал: d=90мм;
bh=25мм;
t1=9мм;
длинна шпонки l=70мм.
Так как >
,
принимаем две шпонки расположенные через 1800.
Смазка редуктора
Смазывание зацепления и подшипников
производится разбрызгиванием жидкого масла. По таблице 10.9 устанавливаем
вязкость масла. При контактных напряжениях =150МПа, скорости скольжения рекомендуемая
вязкость масла должна быть приблизительно равна 22м2/с
по таблице 10.8 . По таблице
10.10 принимаем
масло индустриальное И-20А. Объем масла принимаем из расчета 0,7 литра масла на
1 кВт передаваемой мощности, получаем 5,2 литра.
Для контроля уровня масла применяем
фонарный масло указатель.
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 валы закладывают шпонки и
напрессовывают элементы передач редуктора. Мазе удерживающие кольца и
подшипники следует насаживать, предварительно нагрев в масле до 80-100 градусов
по Цельсию, последовательно с элементами передач. Собранные валы укладывают в
основание корпуса редуктора 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 ставят крышки подшипников с комплектом металлических
прокладок, регулируют тепловой зазор. Проверяют проворачиванием валов
отсутствие заклинивания подшипников (валы должны проворачиваться от руки) и
закрепляют крышку винтами.
Заливают в корпус масло и закрывают
смотровое отверстие крышкой с прокладкой, закрепляют крышку болтами. Собранный
редуктор обкатывают и подвергают испытанию на стенде по программе,
устанавливаемой техническими условиями.
Заключение
В ходе выполнения курсового проекта был
спроектирован привод ленточного транспортера, состоящий из электродвигателя
471В4У3 мощностью 0,75 кВт, двухступенчатого червячно-цилиндрического
редуктора, имеющего горизонтальное расположение ведущего вала-зубчатой передачи
и параллельно расположенной на промежуточном и ведомом вале червячной передачи.
Валы установлены на шариковых однорядных подшипниках, радиально-конических
однорядных подшипниках.
В процессе проектирования были решены следующие
задачи: сконструированы валы, зубчатые колеса, определены контактные напряжения
и напряжения изгиба, выбраны подшипники и произведен их расчет на
долговечность, проверены на прочность шпоночные соединения, выбраны посадки для
соединения деталей, произведен уточненный расчет валов, тепловой расчет, выбор
сорта масла.
Библиографический список
.
http://www.str-t.ru/articles/61/
<D:\Програмы\Opera>2. Адигамов, К.А. «Курсовое проектирование деталей
машин» (учебно-методическое пособие). ЮРГУЭС, 2006.
.
Дунаев П.Ф. ,Леликов О.П. «Детали машин» (Курсовое проектирование). Высшая
школа, 2003.
.
С.Ч Чернавский, К.Н. Боков, И.М. Чернин, Г.М. Ицкович, В.П.Козинцов. «Курсовое
проектирование детали машин» (учебное пособие для учащихся) ООО ТИД Альянс,
2005.
.
Временный творческий коллективов при Учебно-методическом управлении ЮРГУЭС.
«Стандарт организации, Выпускные квалификационные работы.