Разработка привода с соосным цилиндрическим двухступенчатым редуктором
Курсовой проект по
деталям машин
Тема проекта: Разработка
привода с соосным цилиндрическим двухступенчатым редуктором
Содержание
Введение
1. Энергетический и кинематический расчет привода
1.1 Определение ориентировочной мощности вала электродвигателя
1.2 Выбор электродвигателя. Разбивка передаточных отношений по
ступеням
1.3 Определение частот вращений и угловых скоростей
1.4 Определение мощностей на валах
1.5 Определение крутящих моментов на валах
2. Выбор материалов и расчет допускаемых напряжений
2.1 Определение допускаемых напряжений изгиба
2.2 Расчет допускаемых напряжений на контактную выносливость
3. Расчет тихоходной ступени редуктора
3.1 Расчет межосевого расстояния
3.2 Расчет геометрических параметров
3.3 Проверочный расчет передачи на контактную выносливость
3.4 Проверочный расчет передачи по напряжениям изгиба
4. Расчет быстроходной ступени
4.1 Расчет межосевого расстояния
4.2 Расчет геометрических параметров
4.3 Проверочный расчет передачи на контактную выносливость
5. Уточнение передаточного отношения привода
6. Предварительный расчет валов
6.1 Предварительный расчет быстроходного вала
6.2 Предварительный расчет промежуточного вала
6.3 Предварительный расчет тихоходного вала
7. Конструирование крышки и корпуса редуктора
8. Конструирование колес
8.1 Конструктивные размеры цилиндрического колеса быстроходной
ступени
8.2 Конструктивные размеры цилиндрического колеса тихоходной
ступени
9. Проверочный расчет промежуточного вала
10. Проверочный расчет подшипников промежуточного вала
11. Расчет шпоночных соединений
12. Выбор смазки, назначение уплотняющих и защитных устройств
Заключение
Список литературы
Введение
В данном курсовом проекте согласно задания
необходимо разработать привод с соосным двухступенчатым цилиндрическим
редуктором
Редуктором называют механизм, состоящий из
зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и
служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины.
Кинематическая схема привода может включать, помимо редуктора, открытые зубчатые
передачи, цепные или ременные передачи).
Назначение редуктора - понижение угловой
скорости и соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по
сравнению с ведущим.
Редуктор состоит из корпуса (литого
чугунного или сварного стального), в котором помещают элементы передачи -
зубчатые колеса, валы, подшипники и т.д. В отдельных случаях в корпусе
редуктора размещают также устройства для смазывания зацеплений и подшипников
Редуктор проектируют либо для привода определенной машины, либо по заданной
нагрузке (моменту на выходном валу) и передаточному числу без указания
конкретного назначения. Редукторы классифицируют по следующим основным
признакам: типу передачи (зубчатые, червячные или зубчато-червячные); числу
ступеней (. одноступенчатые, двухступенчатые и т.д.); типу зубчатых колес
(цилиндрические, конические, коническо-цилиндрические и т.д.); относительному
расположению валов редуктора в пространстве (горизонтальные, вертикальные);
особенностям кинематической схемы (развернутая, соосная, с раздвоенной
ступенью)
Данные для расчета.
Мощность на выходном валу редуктора 
.
Частота вращения выходного вала 
Передаточное отношение 
.
1. Энергетический
и кинематический расчет привода
.1
Определение ориентировочной мощности вала электродвигателя
Мощность на выходном валу редуктора
Определим КПД привода
где
0,99 - КПД опор вала редуктора (1. табл. 1.1);
0,98 - КПД цилиндрической передачи (1. табл. 1.1);
0,98 - КПД муфты. (2. табл. 1,1)
Определим требуемую (расчетную) мощность электродвигателя
.
1.2 Выбор
электродвигателя. Разбивка передаточных отношений по ступеням
Между электродвигателем и исполнительным механизмом
установлены редуктор и муфта.
Передаточное отношение редуктора определяется по формуле
где
передаточное отношение быстроходной ступени,
передаточное отношение тихоходной ступени,
Задано передаточное отношение редуктора
Определим требуемую частоту вращения вала электродвигателя
Выбираем по каталогу (1. табл. П1) ГОСТ 19523-91 электродвигатель
трехфазный серии 4А с синхронной частотой вращения - 
750об/мин;
Типоразмер: 4А160S8У3. Мощность 
кВт; скольжение S=2,5
Определим действительную частоту вращения вала электродвигателя
750 (1-0,025) =731об/мин.
Уточним требуемое передаточное отношение привода
Передаточные отношения двухступенчатого соосного редуктора имеют
зависимость: (2. с.8) тихоходная передача
привод редуктор вал цилиндрический
Принимаем 
из стандартного ряда (1. с.36)
тогда 
Окончательно принимаем передаточное отношение быстроходной ступени
из стандартного ряда (1. с.36)
Передаточное отношение тихоходной ступени принимаем из
стандартного ряда (1. с.36)
Уточним действительное передаточное отношение привода и редуктора
Отклонение уточненного передаточного отношения от заданного
,
Отклонение уточненного передаточного отношения от требуемого
,
что не превышает допустимых 4,5%.
1.3
Определение частот вращений и угловых скоростей
Определим частоты вращения валов:
вал ведущий 
;
вал промежуточный 
731/ 2,8 =261 
;
вал тихоходный 
261 /2,5 =104,4 .
Отклонение 
что не превышает допускаемых 4,5%.
Определим угловые скорости валов:
вал ведущий 
;
вал промежуточный 
;
вал тихоходный 
.
1.4
Определение мощностей на валах
Определим мощности на валах редуктора
1.5
Определение крутящих моментов на валах
Находим вращающие моменты на валах
2. Выбор
материалов и расчет допускаемых напряжений
2.1
Определение допускаемых напряжений изгиба
Принимаем для шестерни (1. табл.3,3)
Сталь 40Х термообработка улучшение
Диаметр заготовки до 120мм.
Принимаем для колеса (1. табл.3,3)
Сталь 40Х термообработка улучшение
Диаметр заготовки свыше - 160мм.
2.2 Расчет
допускаемых напряжений на контактную выносливость
Определим допускаемые контактные напряжения
Для шестерни 
Для колеса 
где 
-пределы выносливости (1. табл.3,2)
коэффициент безопасности (1. с.33).
коэффициент долговечности (1. с.33).
Принимаем 
, принимаем 
.
Для быстроходной косозубой передачи принимаем за расчетное
напряжение
=
Для тихоходной прямозубой передачи принимаем за расчетное
напряжение =
Определим допускаемые напряжения изгиба
Для шестерни 
Для колеса 
где 
-пределы выносливости (1. табл.3,9)
работа при нереверсивном движении (1 с.45),
коэффициент безопасности.
здесь 
(1. табл.3,9), 
для поковок (1. с.44).
коэффициент долговечности,
(1, с.45).
3. Расчет
тихоходной ступени редуктора
3.1 Расчет
межосевого расстояния
Межосевое расстояние из условия контактной выносливости
активных поверхностей зубьев по формуле:
где Ка=49,5 - для прямозубых колес,
UТ=2,5 -
передаточное тихоходной передачи,
коэффициент ширины енца (1, с33),
коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по
ширине венца (1. табл.3.1 с.32).
Ближайшее значение межосевого расстояния по ГОСТ 2185-66 awТ= 180мм
3.2 Расчет
геометрических параметров
Нормальный модуль зацепления принимаем по следующей
рекомендации:
Принимаем по ГОСТ 9563-60 mn=3мм
Принимаем 
;
Определим число зубьев шестерни
принимаем 
тогда 
Принимаем 
Уточним передаточное число
Основные размеры шестерни и колеса:
Диаметры делительные:
Проверка:
Диаметры вершин зубьев:
, 
Диаметры впадин зубьев:
Рабочая ширина венца колеса
,
принимаем 
Ширина шестерни 
Определяем коэффициент ширины шестерни по диаметру:
Окружная скорость колес и степень точности передачи
При такой скорости для прямозубых колес следует принять 8-ю
степень точности. (1, стр.32)
3.3
Проверочный расчет передачи на контактную выносливость
Коэффициент нагрузки
Значения 
даны в (1, стр.39), при 
0,7, твердости НВ
350 и несимметричном расположении колес
относительно опор 
1,07
По (1, стр.32) при v=1,4 м/с и 8-й степени точности
1,0. По (1, стр.40) для прямозубых колес при v5 м/с имеем 
=1,05.
Таким образом 
Проверка контактных напряжений по формуле:
<
=467МПа.
Определим недонапряжение колеса, которое не должно превышать 10%
,
условие выполняется.
3.4
Проверочный расчет передачи по напряжениям изгиба
допускаемые напряжения изгиба из предыдущих расчетов
Для шестерни 
Для колеса 
Силы действующие в зацеплении одной пары
Окружная 
Радиальная 
Осевая 
Проверяем зубья на выносливость по напряжениям изгиба по формуле:
.
Здесь коэффициент нагрузки 
. По (1, стр.43) при 0,7, твердости НВ350 и несимметричном расположении зубчатых колес относительно опор
= 1.14, 
=1.25.
Таким образом, коэффициент 
;
- коэффициент, учитывающий форму зуба и зависящий от
эквивалентного числа зубьев 
:
У шестерни 
У колеса 
и 
(1, стр.42)
Допускаемое напряжение по формуле
.
Для шестерни 
Для колеса 
Дальнейший расчет будем вести для зубьев колеса, для которого
найденное отношение меньше.
Определяем коэффициенты 
и 
:
где коэффициент торцового перекрытия;
Проверяем прочность зуба колеса по формуле:
Условие прочности выполнено.
4. Расчет
быстроходной ступени
4.1 Расчет
межосевого расстояния
Так как редуктор соосный, то межосевое расстояние быстроходной
ступени 
Принимаем коэффициент ширины венца 
4.2 Расчет
геометрических параметров
Нормальный модуль зацепления принимаем по следующей
рекомендации:
Принимаем по ГОСТ 9563-60 mn=2,5мм (1, с36)
Примем предварительно угол наклона зубьев 
и определим суммарное число зубьев шестерни и колеса
Принимаем 
;
тогда 
Принимаем 
Уточненное значение угла наклона зубьев
Уточним передаточное число
Определим торцевой (окружной) модуль
Основные размеры шестерни и колеса:
Диаметры делительные:
Проверка:
Диаметры вершин зубьев:
Диаметры впадин зубьев:
Рабочая ширина венца колеса
, принимаем 
Ширина шестерни
Определяем коэффициент ширины шестерни по диаметру:
Окружная скорость колес и степень точности передачи
При такой скорости для косозубых колес следует принять 8-ю степень
точности. (1, стр.32)
4.3
Проверочный расчет передачи на контактную выносливость
Коэффициент нагрузки
Значения даны в (1, стр.39), при 0,47, твердости НВ350 и несимметричном расположении колес
относительно опор 1,05
По (1, стр.32) при v=3,6 м/с и 8-й
степени точности 1,09. По (1, стр.40) для косозубых колес
при v >5 м/с имеем =1,0.
Таким образом 
Проверка контактных напряжений по формуле:
<=
=438МПа.
Условие выполняется.
Расчет по изгибным напряжениям проводить не будем,
Силы действующие в зацеплении
Окружная 
Радиальная 
Осевая 
.
5. Уточнение
передаточного отношения привода
Уточним передаточное отношение привода
Отклонение уточненного передаточного отношения от заданного
,
Отклонение уточненного передаточного отношения от требуемого
,
что не превышает 4,5%.
6.
Предварительный расчет валов
6.1
Предварительный расчет быстроходного вала
Крутящий момент 
Определим минимальный диаметр быстроходного вала по расчету на
кручение (Входной конец, посадка полумуфты) при 
=15 МПа
Согласно схемы привода вал электродвигателя 4А160S8У3
Передает движение на вал редуктора (входной конец быстроходного
вала) посредством муфты
Ориентируемся на установку муфты упругой втулочно-пальцевой МУВП 710-48.1.1-45.1.2 по ГОСТ 214254-75 с расточкой полумуфт на 
(посадка вал электродвигателя) и
(посадка вал редуктора).
Принимаем хвостовик цилиндрический, по ГОСТ 12080-72
Так как передача косозубая, то ориентируемся на установку
шарикоподшипников 310
Размеры шестерни быстроходной ступени
Шестерню изготавливаем совместно с быстроходным валом
, 
, 
, 
, 
Материал вала
Сталь 40Х термообработка улучшение
Диаметр заготовки до 120м.
6.2
Предварительный расчет промежуточного вала
Крутящий момент 
Определим минимальный диаметр промежуточного вала по расчету на
кручение (посадка подшипников) при =15 МПа
Посадочный диаметр подшипников промежуточного вала должен быть
больше или равен посадочному диаметру подшипников быстроходного вала.
Ориентируемся на установку шарикоподшипников 310
Диаметр вала под колесом
Размеры шестерни тихоходной ступени
, 
, 
, 
, 
Диаметр вала под шестерней 
Материал вала
Сталь 45 термообработка улучшение
Диаметр заготовки до 90м
6.3
Предварительный расчет тихоходного вала
Крутящий момент 
Определим минимальный диаметр быстроходного вала по расчету на
кручение (Входной конец, посадка полумуфты) при =20 МПа
Хвостовик цилиндрический 
Принимаем к установке резиновую армированную манжету по ГОСТ
8752-79 
Так как передача косозубая, то ориентируемся на установку
шарикоподшипников 313
Диаметр вала под колесом
Материал вала
Сталь 45 термообработка улучшение
Диаметр заготовки до 90мм
7.
Конструирование крышки и корпуса редуктора
Толщина стенок корпуса и крышки
(2. с.179)
Принимаем 
Определим диаметр стяжных болтов, крепящих основание корпуса и
крышку редуктора
, (2, с.180)
Принимаем болты с резьбой М12,Толщина
фланцев корпуса и крышки
Ширина фланца без учета толщины стенки корпуса
Принимаем 
Диаметр фундаментных болтов
Принимаем болты с резьбой М16,Толщина
нижнего пояса редуктора
Принимаем 
.
8.
Конструирование колес
8.1
Конструктивные размеры цилиндрического колеса быстроходной ступени
Колесо кованное
Его размеры
, 
, 
, 
,
Посадочный диаметр колеса
Диаметр ступицы колеса
Принимаем 
Длина ступицы колеса
Принимаем 
Ширина торцов
Принимаем 
Толщина диска
Принимаем 
8.2
Конструктивные размеры цилиндрического колеса тихоходной ступени
Колесо кованное
, 
, 
, 
, 
Посадочный диаметр колеса
Диаметр ступицы колеса
Принимаем 
Длина ступицы колеса
Принимаем 
Ширина торцов
Принимаем 
ю Толщина диска
Принимаем 
9.
Проверочный расчет промежуточного вала
Длины полученные при компоновке редуктора
На вал действуют усилия
Силы в зацеплении:
Окружная 
Радиальная 
Осевая 
Окружная 
Радиальная 
Осевая 
Определим величину и направление реакций в опорах А и В от сил
действующих в горизонтальной плоскости,
Проверка:
-1969+4961-3415=0
Вертикальная плоскость:
Проверка
Определим суммарные реакции в опорах
Построим эпюры крутящих моментов
Горизонтальная плоскость. Сечение I - I
Сечение III - III
Плоскость YZ (вертикальная
плоскость)
Сечение I - I
Сечение II - II
Построим эпюру суммарных изгибающих моментов
Построим эпюру крутящих моментов 
Рассмотрим сечение 2-2.
Концентратором напряжений является фрезеровка шпоночного паза под
шестерню тихоходной ступени
Размеры шпоночного паза; b =16 мм;
6мм;
Суммарный момент в сечении 
Определим расчетный коэффициент запаса прочности и сравним с
допускаемым
Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям (4, с.259)
Где 
-пределы выносливости гладких образцов для
стали 40Х улучшенной (4. с.50. табл.3.2)
эффективные коэффициенты напряжений (4. с.257. табл. 11.2)
коэффициент влияния шероховатости (4. с.258. табл.11.4)
коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения (4.
с.258. табл.11.3)
Условие прочности выполнено. Вал пригоден.
10.
Проверочный расчет подшипников промежуточного вала
Ориентировочно на промежуточном валу приняты к установке
подшипники легкой серии 210
кН - базовая динамическая грузоподъемность.
= 19,8 кН - статическая грузоподъемность подшипника.
= 27,3 
- угловая скорость промежуточного вала.
= 904 Н - реакция в опоре А
=3832Н -
реакция в опоре В
х = - коэффициент радиальной нагрузки [4, с.130, т.9.1.].
V=1 - коэффициент вращения.
m=3 - показатель снижения для шариковых подшипников [4, с.129].
= 1 - температурный коэффициент [4 с.130, т.9.1.].
= 1,2 - коэффициент безопасности [4, с.130, т.9.4].
[
] = 20000 часов - долговечность работы
редуктора.
= - осевая сила в зацеплении
Определим отношения
Проверим более нагруженный подшипник 2. По соотношениям
[1, с.212, т.9.18.]
Поэтому осевую нагрузку не учитываем [1, с.212].
Выбираем соответствующие формулы для определения эквивалентной
нагрузки [4, с.129 т.9.1]:
Расчетная динамическая грузоподъемность (4, с.128]
условие выполнено
Определим долговечность подшипников
,
Полученная долговечность приемлема.
11. Расчет
шпоночных соединений
Для передачи крутящего момента принимаем к установке
призматические шпонки по ГОСТ 23360-81.
Материал шпонок - сталь 45.
Расчетные напряжения смятия:
=120МПа
Расчетные напряжения среза:
=30МПа
Где: Т - вращающий момент вала.
d - диаметр вала
. =
-расчетная длина шпонки.
h - высота шпонки
- глубина
шпоночного паза.
Результаты расчетов приведены в таблице.
Таблица-1. Проверка прочности шпоночных соединений.
|
Место установки
|
Размеры шпонки,
мм
|
d, мм
|
Т, Нм
|
 , мПа , мПа
|
|
|
bxhxl
|
|
|
|
|
|
|
|
Быст9роходный
вал
|
Посадка
полумуфты
|
14х9х50
|
5,5
|
36
|
48
|
93
|
28
|
7,7
|
|
Посадка
шестерни
|
16х10х40
|
6
|
24
|
53
|
93
|
36,5
|
9,1
|
|
Промежуто-чный
вал
|
Посадка колеса
и шестерни
|
16х10х56
|
6
|
40
|
53
|
253
|
60
|
14,9
|
|
Тихоходный вал
|
Посадка колеса
|
16х10х70
|
6
|
54
|
70
|
613
|
81
|
20,3
|
Все шпонки пригодны.
12. Выбор
смазки, назначение уплотняющих и защитных устройств
Для редукторов общего назначения принимаем непрерывное
смазывание жидким маслом картерным непроточным способом.
Так как расчетные контактные напряжения 
= 445МПа,= 318МПа и окружная скоростьV=1,4 м/с и V= 3,6м/с.,
принимаем по ГОСТ 17479-87 масло индустриальное И-30А (4табл.10,29, с.241).
Определим количество масла из расчета 1,4 л на 1,0 кВт
передаваемой мощности
:
V=1,4 * 
=1,4*7,338 = 10,2 литров
Уровень масла в редукторе контролируем жезловым маслоуказателем.
Для слива масла предусматриваем установку в редукторе маслоспускной пробки.
В канавки сквозных крышек устанавливаем резиновые армированные
манжеты по ГОСТ 8752-79.
В редукторе предусматриваем установку отдушины для уменьшения
давления в корпусе.
Заключение
Редуктором называют механизм, состоящий из
зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и
служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины.
Кинематическая схема привода может включать, помимо редуктора, открытые
зубчатые передачи, цепные или ременные передачи).
Назначение редуктора - понижение угловой
скорости и соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по
сравнению с ведущим.
Редуктор состоит из корпуса (литого
чугунного или сварного стального), в котором помещают элементы передачи -
зубчатые колеса, валы, подшипники и т.д. В отдельных случаях в корпусе
редуктора размещают также устройства для смазывания зацеплений и подшипников
Редуктор проектируют либо для привода определенной машины, либо по заданной
нагрузке (моменту на выходном валу) и передаточному числу без указания
конкретного назначения. Редукторы классифицируют по следующим основным
признакам: типу передачи (зубчатые, червячные или зубчато-червячные); числу
ступеней (. одноступенчатые, двухступенчатые и т.д.); типу зубчатых колес
(цилиндрические, конические, коническо-цилиндрические и т.д.); относительному расположению
валов редуктора в пространстве (горизонтальные, вертикальные); особенностям
кинематической схемы (развернутая, соосная, с раздвоенной ступенью).
Список
литературы
1.
Курсовое проектирование деталей машин. /С.А. Чернавский, К.Н. Боков, И.М. Чернин
и др. /-М.: Машиеосотроение, 2010-416 с.
.
Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин: Курсовое проектирование/П.Ф. Дунаев,
О.П. Леликов. - М.: - Высш. шк., 2011-399 с.
.
Цехнович Л.И., Петриченко И. П.
Атлас
конструкций редукторов. - К: Выща шк. 2009. - 151с.
. Шейнблит
А.Е. Курсовое пректированиедеталей машин-/А.Е. Шейнблит-М.: Высш. шк., 2007-432
с.
5. Анурьев
В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х тм. / В.И. Анурьев. - М.:
Машиностроение, 2009-559с.