Проектирование механического привода с одноступенчатым редуктором

Проектирование механического привода с одноступенчатым редуктором

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Проектирование механического привода с одноступенчатым редуктором

Исходные данные

1.      Тип двигателя (мощность двигателя, кВт/частота вращения, мин^-1):

А200М4У3 (45,0/1460);

2.      Передаточное число: u = 3,55

3.      Вид передачи: КП (коническая прямозубая)

4.      Вид термической обработки: ОЗ (объемная закалка)

5.      Степень точности передачи: 7

6.      Ресурс работы: 25000 часов

7.      Компоновка: II (вертикальное расположение валов - ведущий вал сверху)

1. Кинематический расчет редуктора

редуктор вал шпоночный передача

Определение КПД редуктора

Определение частоты вращения ведущего и ведомого валов:

Определение мощностей на входном и выходном валах редуктора

Определение угловой скорости и вращающего момента на валу электродвигателя

Определение вращающих моментов на валах редуктора

2. Геометрический и прочностной расчеты передачи

Примем для шестерни и колеса марку стали 40Х (углеродистая и легированная)

Для шестерни твердость

Для колеса твердость

1.      Расчет допускаемых контактных напряжений:

 - коэффициент долговечности. При длительной работе

 - коэффициент безопасности. Примем

2.    Внешний делительный диаметр колеса:

Коэффициентпри консольном расположении шестерни -

Коэффициент ширины венца по отношению к внешнему конусному расстоянию(рекомендация ГОСТ 12289-76)

Для прямозубых передач

Принимаем по ГОСТ 12289-76 ближайшее стандартное значение

Примем число зубьев шестерни

3.    Число зубьев колеса:

Примем. Тогда

Отклонение от заданного значения , что меньше установленных ГОСТ 12289-76 3%.

4.    Внешний окружной модуль:

5.    Углы делительных конусов:

6.    Внешнее конусное расстояние и длина зуба:

7.    Внешний делительный диаметр шестерни:

8.   
Средний делительный диаметр шестерни:

9.    Внешние делительные диаметры шестерни и колеса (по вершинам зубьев):

10.  Коэффициент ширины шестерни по среднему диаметру:

11.  Средняя окружная скорость колес:

12.  Для проверки контактных напряжения определяем коэффициент нагрузки:

Коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между прямыми зубьями

Коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку, для прямозубых колес при скорости меньше 5 м/с .

Таким образом

Проверяем контактное напряжение:

.

13.  Силы в зацеплении:

Окружная

Радиальная для шестерни, равная осевой для колеса:

Осевая для шестерни, равная радиальной для колеса:

14.  Проверка зубьев на выносливость по напряжениям изгиба:

 - опытный коэффициент, учитывающий понижение нагрузочной способности конической прямозубой передачи по сравнению с цилиндрической

Коэффициент нагрузки

По таблице при , консольном расположении колес и твердости HB >350

При твердости HB >350, скорости  и 7 степени точности

Итак,

 - коэффициент формы зуба выбираем в зависимости от эквивалентных чисел зубьев

Для шестерни

Для колеса

При этом  и

15.  Допускаемое напряжение при проверке зубьев на выносливость по напряжениям изгиба:

По таблице для стали 40Х при твердости HB >350 :

Для шестерни

Для колеса

Коэффициент запаса прочности:

По таблице . Дл поковок и штамповок . Таким образом

Допускаемые напряжения при расчете зубьев на выносливость:

Для шестерни

Для колеса

Для шестерни отношение

Для колеса отношение

Дальнейший расчет ведем для зубьев шестерни, так как полученное отношение для них меньше:

3. Эскизная компоновка и предварительный расчет валов

Эскизная компоновка выполняется для дальнейшей проработки на стадии технического проектирования. Цель этой работы - получение в достаточной и необходимой степени представление о конструктивной сущности проектируемого редуктора и извлечение данных для выполнения расчетной схемы валов, что, в свою очередь, позволит определить силы, действующие на подшипники и проверить их ресурс, а также запас прочности валов.

1.      Выбор диаметра вала электродвигателя

Двигатель по заданию 4А180М4УЗ, диаметр его вала составляет 55 мм.

2.      Назначаем предварительно размеры отдельных участков вала:

Ведущий вал:

При проектировании редукторов диаметр хвостовика входного вала принимают равным , где  - диаметр вала электродвигателя, с которым вал редуктора соединяют муфтой.

Определение диаметра хвостовика ведущего вала:

Принимаем диаметр хвостовика быстроходного вала равным:

Принимаем стандартное значение по ГОСТ 6636-69:

Диаметр вала под подшипник

Длина конца вала .

Выходной вал:

Диаметр хвостовика:

Принимаем стандартное значение по ГОСТ 6636-69: .

Диаметр вала под подшипник .

Длина конца вала .

По полученным данным вычерчивается эскизная компоновка редуктора (должна выполняться на миллиметровой бумаге в масштабе 1:1).

Ведущий вал:

Предварительно для опор вала принимаем роликовые конические однорядные подшипники повышенной грузоподъемности средней серии (ГОСТ 27365-75):

Ведомый вал:

Предварительно для опор вала принимаем роликовые конические однорядные подшипники легкой серии типа (ГОСТ 333-79):

4. Проверочный расчет валов редуктора

Проверка долговечности подшипников:

Входной вал:

В плоскости ХOZ:

Проверка:

Соответственно реакции найдены правильно.

В плоскости YOZ:

Проверка:

Соответственно реакции найдены правильно

1.      Суммарные реакции опор от сил в зацеплении:

2.      Осевые составляющие радиальных реакций:

Учитывая, что  и , получаем осевые нагрузки подшипников:

Рассмотрим правый подшипник:

осевые нагрузки не учитываем.

3.      Эквивалентная нагрузка:

 - коэффициент вращения.

 - коэффициент безопасности.

 - температурный коэффициент, зависящий от температурных режимов работы подшипника.

4.      Расчетная долговечность

Удовлетворяет заданному ресурсу работы.

Рассмотрим левый подшипник:

осевые нагрузки учитываем.

5.      Эквивалентная нагрузка:

 - числовые коэффициенты, зависящие от типа подшипника. ,

6.      Расчетная долговечность

Удовлетворяет заданному ресурсу работы.

В плоскости ХOZ:

Проверка:

Соответственно реакции найдены правильно.

В плоскости YOZ:

Проверка:

Соответственно реакции найдены правильно.

1.      Суммарные реакции опор от сил в зацеплении:

2.      Осевые составляющие радиальных реакций:

Учитывая, что  и , получаем осевые нагрузки подшипников:

Рассмотрим правый подшипник:

осевые нагрузки учитываем.

3.      Эквивалентная нагрузка:

,

4.      Расчетная долговечность

Удовлетворяет заданному ресурсу работы.

Рассмотрим левый подшипник:

осевые нагрузки не учитываем.

5.      Эквивалентная нагрузка:

6.      Расчетная долговечность

Удовлетворяет заданному ресурсу работы.

5. Расчет валов передачи на статическую прочность и выносливость

Входной вал:

Справа будет скачок на значение момента М = 15,2 Н∙м в направлении его действия.

Наибольший суммарный момент будет в сечении В:

1.      Проверяем на прочность вал в этом сечении:

Считаем, что нормальные напряжения от изгиба изменяются по симметричному циклу, а касательные от кручения - по отнулевому (пульсирующему).

Материал вала - сталь 40Х.

Пределы выносливости

при изгибе

при кручении

2.      Момент сопротивления сечения:

3.      Амплитуда нормальных напряжений:

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

 - эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений.

 - масштабный фактор для нормальных напряжений.

4.      Полярный момент сопротивления

 - крутящий момент на входной валу.

6.      Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

 - эффективный коэффициент концентрации касательных напряжений.

 - масштабный фактор для нормальных напряжений.

7.     
Коэффициент запаса прочности:

Прочность и жесткость входного вала обеспечены.

Выходной вал:

Наибольший суммарный момент будет в сечении между точками А и В:

1.      Момент сопротивления сечения:

2.      Амплитуда нормальных напряжений:

3.     
Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

 - эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений.

 - масштабный фактор для нормальных напряжений.

4.      Полярный момент сопротивления

5.      Амплитуда и среднее значение цикла нормальных напряжений:

 - крутящий момент на выходной валу.

6.      Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

 - эффективный коэффициент концентрации касательных напряжений.

 - масштабный фактор для нормальных напряжений.

7.      Коэффициент запаса прочности:

Прочность и жесткость выходного вала обеспечены.

6. Расчет шпоночных и шлицевых соединений

Для крепления муфты на ведущем (входном) валу принимаем призматическую шпонку:

Расчетная длина шпонки:

Проверка шпонки на смятие:

Для крепления муфты на выходном (ведомом) валу также принимаем призматическую шпонку:

Расчетная длина шпонки:

Проверка шпонки на смятие:

Для крепления колеса на ведомый (выходной) вал применяем прямобочное шлицевое соединение с центрированием по внешнему диаметру:

Проверка шлица на смятие:

Где  - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между шлицами.

 - для прямобочных соединений

 - рабочая высота выступа

 - рабочая длина

7. Определение основных конструктивных размеров зубчатого колеса

1.    Внешний делительный диаметр:

2.    Внешнее конусное расстояние и длина зуба:

3.      Толщина обода

4.      Толщина диска

.

8. Определение основных конструктивных размеров корпуса редуктора

Толщина стенок корпуса редуктора:

Толщина стенок крышки редуктора:

Толщина фланцев корпуса редуктора:

Толщина фланцев крышки редуктора:

Толщина нижнего пояса (фланца) корпуса редуктора:

Толщина ребер жесткости крышки редуктора:

Диаметры болтов:

1.      Фундаментальных, соединяющих редуктор с рамой:

Принимаем фундаментные болты с резьбой М20

2.      Болтов, крепящих крышку к корпусу у подшипника:

Принимаем болты с резьбой М12

3.      Болтов, соединяющих крышку с корпусом

Принимаем болты с резьбой М12

Список использованной литературы

1.   С.А. Чернавский и др. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие - 3-е изд., стереотипное. Перепечатка с издания 1987 г. - М.: ООО ТИД «Альянс», 2005 - 416 с.

2.      Чернилевский Д.В. Детали машин. Проектирование приводов технологического оборудования: учебное пособие для студентов вузов. 3-е изд., исправл. - М.: Машиностроение 2004 - 560 с., ил.

.        П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов. Конструирование узлов и деталей машин: учеб. пособие для студ. техн. спец. вузов. 8-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательский центр «Академия», 2003 - 496 с.

.        Детали машин: атлас конструкций: учеб. пособие для студентов машиностроительных специальностей вузов. В 2-х ч. Под общ. ред. д-ра тех. Наук проф. Д.Н. Решетова 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1992 - 352 с., ил.