Последовательность выполнения проектных работ над редуктором

Содержание

Введение…………………………………………………………………4

1. Исходные данные и последовательность выполнения курсового проекта…………..……………………………………………………….4

1.1. Исходные данные для курсового проектирования…….…....4

1.2. Последовательность выполнения проектных работ над редуктором…………………………………………………………………7

2.Определение основных кинематических и энергетических параметров редуктора………………………………………………………..9

2.1. Выбор электродвигателя……………………………………....9

2.2. Определение передаточного числа редуктора и разбивка его между ступенями редуктора…………………………………………..10

2.3. Определение частот вращения зубчатых колес и моментов на валах редуктора……………………………………………………..12

3. Расчет зубчатых передач…………………………………………....13

3.1. Выбор материала и способов упрочнения зубьев колес…...13

3.2. Допускаемые контактные напряжения ……………….. ……13

3.3. Допускаемые напряжения изгиба…………………………...15 3.4. Проектировочный расчет тихоходной передачи………………..16

3.5. Проверка зубьев тихоходной передачи на выносливость

по контактным напряжениям………………………………………..20

3.6. Проверка зубьев колёс тихоходной передачи по напряжениям изгиба………………………………………………………………..22

3.7. Проектировочный расчёт быстроходной передачи………...23

4. Разработка эскизного проекта редуктора………………………….23

4.1. Диаметры валов и выбор подшипников…………………….24

4.2. Соединение вал – ступица…………………………………...28

4.3. Конструкция элементов зубчатых колес……………………29

4.4. Смазывание трущихся поверхностей редуктора и уплотнения ……………………………………………………………………...30

4.5. Компоновка редуктора. Конструирование корпуса……..…36

5. Проверочный расчет вала…………………………………………..48

6.Расчет (подбор) подшипников на долговечность………………….48

Список литературы…………………………………………………….51 Приложение А. Форма задания на курсовой проект………………...52 Приложение Б. Последовательность выполнения задания на курсовое проектирование………………………………………………………..53

Введение

 

Методические указания “Проектирование цилиндрических зубчатых редукторов ” предназначены для студентов специальностей 130200 (160301) “Авиационные двигатели и энергетические установки” и 130300 (160901) “Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей” в качестве руководящих и информационных материалов в процессе курсового проектирования цилиндрического двухступенчатого редуктора общемашиностроительного применения.

Выбор в качестве объекта проектирования редуктора общемашиностроительного применения обусловлен большим количеством справочной и другой специальной литературы, наличие которой существенно облегчает самостоятельную работу студентов над проектом. При этом на примере двухступенчатого цилиндрического редуктора отрабатываются алгоритмы конструирования и расчета основных элементов механизмов и машин: зубчатых цилиндрических колес, валов, опор, соединений, корпусов, узлов смазки и уплотнений. Указанные элементы являются неотъемлемой частью любого авиационного редуктора.

При этом в редукторах и приводах авиационных изделий подавляющее большинство (около 97%) зубчатых передач, это цилиндрические передачи. Безусловно, при проектировании зубчатых передач для ЛА необходимо обеспечить при высоком уровне нагруженности малую относительную массу и минимальные габариты конструкции, что накладывает определенные особенности на их проектирование, но при этом общие задачи проектирования и расчета в области ре-дукторостроения сохраняются.

Предлагаемые указания включают в себя задания на курсовые проекты и порядок работы с исходными данными. В них изложена последовательность выполнения расчетной части проекта с одновременной эскизной проработкой конструкции редуктора.

 

Исходные данные и последовательность выполнения

Курсового проекта

Исходные данные для курсового проектирования

Исходными данными для курсового проектирования редуктора являются:

а) кинематическая (принципиальная) схема редуктора из схем на рис.1.1;

б) вращающий момент на выходном конце тихоходного вала

редуктора T _Т;

в) частота вращения тихоходного вала редуктора п _Т;

г) длительность работы под нагрузкой L_h;

д) режим нагружения в виде графика нагрузки из графиков на рис.1.2.

Параметры задания принимаются по табл. 1.1 и рис.1.1 и 1.2

Дополнительно в задании могут выдаваться следующие параметры:

а) пространственное расположение валов редуктора заданной схемы;

б) форма корпуса редуктора (с гладкими наружными стенками - подшипниковые бобышки и ребра внутри, с выступающими конструктивными элементами);

в) концевые участки входного и выходного валов редуктора (цилиндрические по ГОСТ 12080-66, конические по ГОСТ 12081-72);

г) крышки подшипниковых узлов (закладные, накладные);

д) маслоуказатель (жезловой, круглый, трубчатый, крановый);

е) пробка сливного отверстия (с цилиндрической резьбой; с конической резьбой; с магнитным уловителем).

 

Таблица 1.1

Варианты параметров для заданий

Варианты	Момент T тНм	Частота вращения n т мин	Длительность работы Lh ч	Режим нагрузки
				рис.1.2, а
				рис.1.2, б
				рис.1.2, в
				рис.1.2, г
				рис.1.2, а
				рис.1.2, а
				рис.1.2, б
				рис.1.2, в
				рис.1.2, г
				рис.1.2, а

Продолжение табл. 1.1

				рис.1.2, б
				рис.1.2, в
				рис.1.2, г
				рис.1.2, а
				рис.1.2, б
				рис.1.2, в
				рис.1.2, г
				рис.1.2, а
				рис.1.2, б

 

 

Рис.1.1 Кинематические схемы редукторов

Рис. 1.2. Режимы нагружения

 

Выбор электродвигателя

 

Для выбора электродвигателя определяют его требуемую мощность и частоту вращения.

Потребляемую мощность Р _Т (кВт) на выходном валу редуктора по крутящему моменту T _Т (H м) и частоте вращения n _Т (мин ) определяют по формуле:

 

. (2.1)

 

Тогда требуемая мощность (кВт) электродвигателя:

, (2.2)

 

где η_P - КПД редуктора.

Коэффициент полезного действия двухступенчатого редуктора определяют с учетом потерь в отдельных парах кинематической цепи

 

. (2.3)

 

Здесь η_З - КПД зубчатой передачи, η_П - КПД пары подшипников, η_М - КПД муфты, соединяющих валы электродвигателя и редуктора, значения которых приведены в работах /1;2/

Требуемая частота вращения электродвигателя:

 

, (2.4)

 

где u _p - передаточное число редуктора, n _Б - частота вращения быстроходного (входного) вала редуктора.

Для двухступенчатого цилиндрического редуктора можно принять 10< u_P <25 и вычислить предварительную частоту вращения вала электродвигателя

 

. (2.5)

 

Далее подбирают /1;2;3/ электродвигатель с мощностью P_L≥P_{Д.Т .} и частотой вращения п _д близкой к n _д.т.. При подборе Р _Д допускается перегрузка двигателя до 8% при постоянной и до 12% при переменной нагрузке. При выборе электродвигателя следует учитывать также следующие положения. Чем ниже частота вала электродвигателя, тем больше его габаритные размеры, масса и стоимость. Высокочастотные двигатели напротив, имеют меньшие габаритные размеры, массу, стоимость, чем тихоходные той же мощности. Поэтому применение тихоходного двигателя. n_C = 750 нежелательно в приводах общего назначения.

 

Расчет зубчатых передач

Таблица 4.1

Геометрические параметры ступеней валов, мм

d	17..22	24..30	32..38	40..44	45..50	52..58	60..65	67..75	80..85
t цил		3,5	3,5	3,5		4,5	4,6	5,1	5,6
t кон	1,5	1,8	2,0	2,3	2,3	2,5	2,7	2,7	2,7
f			1,2	1,2	1,6			2,5	2,5

 

Соединение вал-ступица

В большинстве случаев в редукторах для крепления колес и муфт на валах применяют призматические шпонки по ГОСТу 23360-78 или ГОСТу 10748-79. Стандарты предусматривают для каждого диаметра вала определенные размеры поперечного сечения шпонки. Поэтому при проектных расчетах размеры b; h; t₁ берут из таблиц работ /1;2;3/ и определяют рабочую длину l_p шпонки по формуле:

 

 

где T – крутящий момент на валу, Нм; d - диаметр вала, мм (d _ср - для конических концов валов); [ σ_см ]=130…180 МПа – допускаемое напряжение на смятие.

Полная длина шпонки со скругленными торцами

 

.

 

Полученное значение согласуется и принимается из стандартного ряда по ГОСТу 23360-78 или ГОСТу 10748-79 /1;2;3/.

Длину ступицы назначают на 8…10 мм больше длины шпонки, т.е. l_ст = l+(8…10). Полученное значение l_ст следует округлить до ближайшего числа из ряда Ra40 по ГОСТ 6636-69 и проверить условие 0,8d ≤ l_ст ≤ 1,5d. Если по результатам расчета шпоночного соединения получают длину ступицы l_ст<1,5d, то можно установить две шпонки, диаметрально расположенные на валу, или перейти на шлицевое соединение.

Длины концевых участков быстроходного и тихоходного валов принимают из ГОСТа 12081-72 и ГОСТа 12080-66 при условии l_к.у>l_шп.

При установке зубчатых колес на валы с натягом очень трудно совместить шпоночный паз колеса со шпонкой на валу. Для облегчения сборки рекомендуют /1/ предусматривать направляющий посадочный конус или цилиндрический участок вала с полем допуска d 11.

 

Таблица 4.6

Размеры мест установки манжет

dвал	d1	d2
до 10	dвал – 1,5	dвал +1,0
Св.10 до 20	dвал – 2,0	dвал +1,0
Св.20 до 30	dвал – 2,5	dвал +1,0
Св.30 до 40	dвал – 3,0	dвал +1,0
Св.40 до 50	dвал – 3,5	dвал +1,0
Св.50 до 70	dвал – 4,0	dвал +1,5
Св.70 до 95	dвал – 4,5	dвал +1,5
Св.95 до 130	dвал – 5,5	dвал +2,0
Св.130 до 140	dвал – 7,0	dвал +2,0
d3=D-5,0
h	5,0	7,0
h2	6,5	8,5		14.5	18,5		25,5
h3	1,0	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5

 

Проверочный расчет вала

 

Проверочный расчет вала заключается в определении запасов статистической и усталостной прочности в опасных сечениях вала и сравнения их с допускаемыми. До проверочного расчета вал проходит стадии проектного расчета и разработки конструкции.

Проверочный расчет вала выполняют по методике работы /4/, в которой изложены теоретические сведения и алгоритмы расчета на статическую и усталостную прочность валов цилиндрических редукторов. Проведены практические рекомендации и справочные данные для выполнения расчетов, а также примеры выполненных расчетов.

 

Список литературы

 

1. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений/ П.Ф.Дунаев, О.П.Леликов.–11- е изд. стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 496с.

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

3. Курмаз Л.В. Конструирование узлов и деталей машин: Справочное учебно-методическое пособие/ Л.В. Курмаз, О.Л. Курмаз. – М.: Высш. шк., 2007 – 455с.: ил.

4. Расчет валов цилиндрических редукторов на статическую и усталостную прочность: Методические указания к курсовому проектированию/ Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; Сост.: Л.Н. Тархов, В.К. Итбаев, А.В. Зырянов. – Уфа.2008 – 62с.

5. Атлас конструкции узлов и деталей машин: Учеб. пособие/ Б.А. Байков, А.В. Клыпин, И.К. Ганулич и др.; Под ред. О.А. Ряховского. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – 384с.: ил.

 

 

Приложение А

(обязательное)

Форма задания на курсовой проект

 

Приложение Б

(обязательное)

Последовательность выполнения задания на курсовое проектирование редуктора

№ п/п	Наименование этапа	% выпол-нения этапа	Срок выпол- нения	Приме-чания
	Определить КПД редуктора, требуемую мощность электродвигателя, передаточное число редуктора и его ступеней, частоты вращения и крутящие моменты на валах. Выбрать марки материалов зубчатых колёс и вычислить значения допускаемых напряжений [σH] и [σF]	10%	6н	10%
	Выполнить проектировочный расчёт тихоходной передачи. Выполнить проверочный расчёт тихоходной передачи. Выполнить проектировочный расчёт быстроходной передачи	10%	7н	20%
	Определить предварительные значения диаметров валов, размеров подшипников. Определить основные размеры элементов зубчатых колёс, корпуса, шпоночных и резьбовых соединений, выбрать способ смазки, тип уплотнений	10%	8н	30%
	Выполнить компоновочный эскиз редуктора	30%	9н-11н	60%
	Составить расчётную схему промежуточного вала, вычислить реакции в опорах, построить эпюры изгибающих и крутящих моментов. Выполнить проверочный расчёт промежуточного вала на статическую и усталостную прочность. Проверить работоспособность подшипников опор	10%	12н	70%
	Выполнить чертёж общего вида редуктора, чертежи деталей по заданию преподавателя, спецификацию к чертежу	20%	13н 14н	90%
	Оформить пояснительную записку к курсовому проекту	10%	15н	100%

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………4

1. Исходные данные и последовательность выполнения курсового проекта…………..……………………………………………………….4

1.1. Исходные данные для курсового проектирования…….…....4

1.2. Последовательность выполнения проектных работ над редуктором…………………………………………………………………7

2.Определение основных кинематических и энергетических параметров редуктора………………………………………………………..9

2.1. Выбор электродвигателя……………………………………....9

2.2. Определение передаточного числа редуктора и разбивка его между ступенями редуктора…………………………………………..10

2.3. Определение частот вращения зубчатых колес и моментов на валах редуктора……………………………………………………..12

3. Расчет зубчатых передач…………………………………………....13

3.1. Выбор материала и способов упрочнения зубьев колес…...13

3.2. Допускаемые контактные напряжения ……………….. ……13

3.3. Допускаемые напряжения изгиба…………………………...15 3.4. Проектировочный расчет тихоходной передачи………………..16

3.5. Проверка зубьев тихоходной передачи на выносливость

по контактным напряжениям………………………………………..20

3.6. Проверка зубьев колёс тихоходной передачи по напряжениям изгиба………………………………………………………………..22

3.7. Проектировочный расчёт быстроходной передачи………...23

4. Разработка эскизного проекта редуктора………………………….23

4.1. Диаметры валов и выбор подшипников…………………….24

4.2. Соединение вал – ступица…………………………………...28

4.3. Конструкция элементов зубчатых колес……………………29

4.4. Смазывание трущихся поверхностей редуктора и уплотнения ……………………………………………………………………...30

4.5. Компоновка редуктора. Конструирование корпуса……..…36

5. Проверочный расчет вала…………………………………………..48

6.Расчет (подбор) подшипников на долговечность………………….48

Список литературы…………………………………………………….51 Приложение А. Форма задания на курсовой проект………………...52 Приложение Б. Последовательность выполнения задания на курсовое проектирование………………………………………………………..53

Введение

 

Методические указания “Проектирование цилиндрических зубчатых редукторов ” предназначены для студентов специальностей 130200 (160301) “Авиационные двигатели и энергетические установки” и 130300 (160901) “Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей” в качестве руководящих и информационных материалов в процессе курсового проектирования цилиндрического двухступенчатого редуктора общемашиностроительного применения.

Выбор в качестве объекта проектирования редуктора общемашиностроительного применения обусловлен большим количеством справочной и другой специальной литературы, наличие которой существенно облегчает самостоятельную работу студентов над проектом. При этом на примере двухступенчатого цилиндрического редуктора отрабатываются алгоритмы конструирования и расчета основных элементов механизмов и машин: зубчатых цилиндрических колес, валов, опор, соединений, корпусов, узлов смазки и уплотнений. Указанные элементы являются неотъемлемой частью любого авиационного редуктора.

При этом в редукторах и приводах авиационных изделий подавляющее большинство (около 97%) зубчатых передач, это цилиндрические передачи. Безусловно, при проектировании зубчатых передач для ЛА необходимо обеспечить при высоком уровне нагруженности малую относительную массу и минимальные габариты конструкции, что накладывает определенные особенности на их проектирование, но при этом общие задачи проектирования и расчета в области ре-дукторостроения сохраняются.

Предлагаемые указания включают в себя задания на курсовые проекты и порядок работы с исходными данными. В них изложена последовательность выполнения расчетной части проекта с одновременной эскизной проработкой конструкции редуктора.

 

Исходные данные и последовательность выполнения

Курсового проекта

Исходные данные для курсового проектирования

Исходными данными для курсового проектирования редуктора являются:

а) кинематическая (принципиальная) схема редуктора из схем на рис.1.1;

б) вращающий момент на выходном конце тихоходного вала

редуктора T _Т;

в) частота вращения тихоходного вала редуктора п _Т;

г) длительность работы под нагрузкой L_h;

д) режим нагружения в виде графика нагрузки из графиков на рис.1.2.

Параметры задания принимаются по табл. 1.1 и рис.1.1 и 1.2

Дополнительно в задании могут выдаваться следующие параметры:

а) пространственное расположение валов редуктора заданной схемы;

б) форма корпуса редуктора (с гладкими наружными стенками - подшипниковые бобышки и ребра внутри, с выступающими конструктивными элементами);

в) концевые участки входного и выходного валов редуктора (цилиндрические по ГОСТ 12080-66, конические по ГОСТ 12081-72);

г) крышки подшипниковых узлов (закладные, накладные);

д) маслоуказатель (жезловой, круглый, трубчатый, крановый);

е) пробка сливного отверстия (с цилиндрической резьбой; с конической резьбой; с магнитным уловителем).

 

Таблица 1.1

Варианты параметров для заданий

Варианты	Момент T тНм	Частота вращения n т мин	Длительность работы Lh ч	Режим нагрузки
				рис.1.2, а
				рис.1.2, б
				рис.1.2, в
				рис.1.2, г
				рис.1.2, а
				рис.1.2, а
				рис.1.2, б
				рис.1.2, в
				рис.1.2, г
				рис.1.2, а

Продолжение табл. 1.1

				рис.1.2, б
				рис.1.2, в
				рис.1.2, г
				рис.1.2, а
				рис.1.2, б
				рис.1.2, в
				рис.1.2, г
				рис.1.2, а
				рис.1.2, б

 

 

Рис.1.1 Кинематические схемы редукторов

Рис. 1.2. Режимы нагружения

 

Последовательность выполнения проектных работ над редуктором

Предлагается следующий порядок выполнения работ по расчету и конструированию редуктора:

а) определить КПД редуктора, требуемую мощность электродвигателя и выбрать электродвигатель;

б) определить передаточное число редуктора и передаточные числа ступеней составляющих его передач;

в) определить частоты вращения и крутящие моменты на валах редуктора;

г) выбрать, исходя из конструктивных и технологических соображений, марки материалов зубчатых колес;

д) с учетом режима нагружения, материалов и видов термообработки колес вычислить фактическое значение допускаемых напряжений [σ _H ] и[σ _F ] для зубчатых колес быстроходной и тихоходной передач;

е) выполнить проектировочный расчет тихоходной передачи (расчет основных геометрических параметров передачи – межосевого расстояния, модуля, диаметров и ширин зубчатых колес);

ж) выполнить проверочный расчет на статическую прочность по контактным и изгибным напряжениям зубьев тихоходной передачи;

з) выполнить проектировочный расчет быстроходной передачи;

и) определить предварительные значения диаметров валов, а также произвести предварительный выбор типа и размеров подшипников по диаметрам валов под подшипники и характеру внешней нагрузки;

к) выполнить расчет на валах соединения вал – ступица зубчатого колеса и определить длины ступиц зубчатых колес, а также длины шпонок на концевых участках валов и выбрать длины концевых участков;

л) определить расстояния между деталями редуктора и выполнить компоновочный эскиз редуктора в 2-х проекциях и масштабе 1:1;

м) определить основные размеры элементов зубчатых колес, корпуса, шпоночных, шлицевых и резьбовых соединений;

н) выбрать способ смазки опор качения и зубчатых колес по величине окружной скорости передачи;

о) выбрать тип уплотнения валов и определить их конструктивные размеры;

п) определить длины валов и их отдельных участков.

Выполнение пунктов и, к, л, м, н, о выполнять параллельно с уточнением компоновочного чертежа;

р) составить расчетную схему промежуточного вала, вычислить реакции в опорах, построить эпюры изгибающих и крутящих моментов;

с) проверить работоспособность подшипников опор промежуточного вала по заданной долговечности;

т) выполнить проверочный расчет промежуточного вала на статическую и усталостную прочность;

у) оформить пояснительную записку к курсовому проекту в соответствии с СТО УГАТУ 002-98, которая должна содержать:

- задание на проект;

- описание спроектированной конструкции (работа узлов, порядок сборки, смазка и т.п.);

- окончательные варианты всех расчетов, снабженные расчетными эскизами, схемами и т.п.;

- список литературы.

ф) выполнить графическую часть проекта, которая должна содержать:

- сборочный чертеж редуктора с проработкой всех его узлов;

- чертеж промежуточного вала редуктора и относящегося к нему зубчатого колеса;

- спецификацию к сборочному чертежу.