Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Расчет закрытой цилиндрической косозубой передачи

Поиск

Задание 8/1

Спроектировать привод винтового питателя

1 – электродвигатель

2 – открытая ременная передача

3 – цилиндрический одноступенчатый редуктор

4 – муфта

5 – винтовой питатель

Рвых, кВт 6,4

nвых, мин-1 95

Редуктор цилиндрический косозубый

Ременная передача клиновым ремнем

Муфта упругая втулочно-пальцевая

Срок службы в годах при 2х- сменной работе 8.

Подпись руководителя проекта ________________

Оглавление

Введение…………………………………………………………………5

1 Кинематический расчет привода ……………………………………….. 7

2 Расчет закрытой цилиндрической косозубой передачи………..……… 10

3 Расчет ременной передачи…………………. …………………………… 17

4 Ориентировочный расчет валов …………………………………………20

5 Конструктивное оформление зубчатых колес……………… 22

6 Конструирование корпуса и крышки редуктора………………………… 23

7 Предварительный подбор подшипников……….…………………………24

8 Эскизная компоновка редуктора…………………………………………...25

9 Проверочный расчет валов…………………………………………………25

10 Проверка подшипников на долговечность………………………………31

11 Подбор и проверка шпонок……………………………………………….33

12 Уточненный расчет ведомого вала на прочность………………………..34

13 Смазка зубчатых колес и подшипников………………………………….37

14 Сборка редуктора………………………………………………………….38

15 Выбор муфты………………………………………………………………38

16 Техника безопасности…………………………………………………... 39

17 Эксплуатация привода ……………………………………………………40

Библиографический список………………………………………….……. 41

 


Введение.

Основные требования, предъявляемые к создаваемой машине: высокая производительность, надежность, минимальные габариты и масса, удобство эксплуатации, экономичность, техническая эстетика. Все эти требования учитывают в процессе проектирования и конструирования.

Проектирование – это разработка общей конструкции изделия.

Конструирование – это дальнейшая разработка всех вопросов, решение которых необходимо для воплощения принципиальнойсхемы в реальную конструкцию.

Правила проектирования и оформления конструкторской документации стандартизированы. ГОСТ устанавливает следующие стадии разработки конструкторской документации на изделия всех отраслей промышленности и этапы выполнения работ: техническое задание, техническое предложение (при курсовом проектировании не разрабатывается), эскизный проект, технический проект, рабочая документация.

Техническое задание на курсовую работу содержит общие сведения о назначении и разработке создаваемой конструкции, предъявляемые к ней эксплуатационные требования, режим работы, ее основные характеристики.

Эскизный проект разрабатывается обычно в одном или нескольких вариантах и сопровождается обстоятельным расчетным анализом, в результате которого выбирается оптимальный вариант для последующей разработки.

Технический проект охватывает подробную конструктивную разработку всех элементов оптимального эскизного варианта с внесением необходимых поправок и изменений, рекомендованных при утверждении эскизного проекта.

Рабочая документация - заключительная стадия конструирования, включает в себя создание конструкторской документации, необходимой для изготовления всех деталей. В современных машинах привод является наиболее ответственным механизмом, через который передается силовой поток с соответствующим преобразованием его параметров. В связи с этим надежность работы машины, увеличение срока ее службы, возможности уменьшения габаритов и массы определяются качеством привода. Проектирование же приводов различных машин является важной инженерной задачей.


I. Кинематический расчет привода

Схема привода

1.2 Задача расчёта:

- подобрать электродвигатель по номинальной мощности и частоте вращения ведущего вала;

- определить общее передаточного число привода и его ступеней;

- определить мощность - Р, частоту вращения -n, угловую скорость - и вращающий момент -Т на каждом валу привода.

Данные для расчёта

  1. Мощность на рабочем валу Рвых = 6,4 кВт
  2. Частота вращения рабочего вала nвых = 95 мин .

Условия расчёта

Для устойчивой работы привода необходимо соблюдение условия: номинальная (расчетная) мощность электродвигателя должна быть меньше или равна мощности стандартного электродвигателя.

Рном Р дв.

Допускаются отклонения

Рном Р дв на 5%;

Рном Рдв до 10%.

Расчёт привода

Двигатель является одним из основных элементов машинного агрегата. От его мощности и частоты вращения его вала зависят конструктивные и эксплуатационные характеристики рабочей машины и ее привода.

 

1.5.1 Определяем общий коэффициент полезного действия привода

, (1.1)

где - КПД ременной передачи;

- КПД зубчатой передачи;

- КПД пары подшипников качения.

.

1.5.2 Определяем номинальную (требуемую) мощность двигателя Рном:

Рном = = =6,9 кВт. (1,2)

По значению номинальной мощности по таблице выбираем электродвигатель большей мощности

Рдв =7,5 кВт > Рном = 6,9 кВт.

Выбор оптимального типа двигателя зависит от кинематических характеристик рабочей машины. При этом надо учесть, что двигатели с большей частотой вращения (синхронной 3000 мин ) имеют низкий рабочий ресурс, а двигатели с низкими частотами (синхронной 750 мин ) весьма металлоемки, поэтому их нежелательно применять без особой необходимости в приводах общего назначения малой мощности.

Для расчета выбираем двигатель 4АМ132 S4УЗ, у которого

Рдв= 7,5кВт, а nном= 1455мин .

 

1.5.3 Определение передаточного числа привода и его ступеней

Передаточное число привода (uобщ)определяется отношением номинальной частоты вращения двигателя (nном) к частоте вращения приводного вала рабочей машины (nрм) и равно произведению передаточных чисел редуктора (uред) и ременной передачи (uрп).

uобщ = = uред uрп. (1.3)

 

uобщ = ; (1.4)

Разбивка передаточного числа привода должна обеспечить компактность каждой ступени передачи.

С учетом рекомендаций для зубчатой передачи принимаем uзп = 4,0

uрп = = . (1,5)

1.5.4. Определение силовых и кинематических параметров привода

Силовые (мощность и вращательный момент) и кинематические (частота вращения и угловая скорость) параметры привода рассчитывают на валах исходя из требуемой (расчетной) мощности двигателя Рдв и его номинальной частоты вращения nном.

Определяем мощности на каждом валу привода:

Р1 = Рдв = 6,9 кВт;

Р2 = = = 6,6 кВт;

Р3 = = = 6,4 кВт.

Определяем частоту вращения каждого вала:

n1 = nдв = 1455 мин-1;

n2 = мин-1;

n3 = мин-1.

Определяем угловые скорости каждого вала:

= ;

= ;

= .

Определяем вращающие моменты на каждом валу привода:

Т = ;

Т1 = ;

Т2 = ;

Т3= .

Результаты расчётов сводим в таблицу 1.

 

Таблица 1 - Силовые и кинематические параметры привода.

Вал Мощность Р, кВт Частота вращения n, мин-1 Угловая скорость , c Вращающий момент Т, Нм
I 6,9     45,4
II 6,6   39,8  
III 6,4   9,94  

Заключение. Анализ силовых и кинематических расчетных параметров, приведенных в таблице 1 показывает, что проектируемый привод обеспечивает значение заданных выходных параметров, Рвых и nвых соответствующих техническому заданию.

 

 

Данные для расчёта

Исходными данными для расчёта являются силовые и кинематические параметры передачи, приведенные в таблице 2.1.

 

Таблица 2.1 –Таблица силовых и кинематических параметров редуктора

Вал Р, кВт n, мин-1 , c-1 Т, Hм
II 6,6   39,8  
III 6,4   9,94  

 

Условия расчета

Надежная работа закрытой зубчатой передачи обеспечена при соблюдении условий прочности по контактным напряжениям и напряжениям изгиба.

, ,

где и - соответственно расчетные контактные и изгибные

напряжения проектируемой передачи;

и - соответственно допускаемые контактные и изгибные

напряжения материалов колес.

Допускается недогрузка передачи - < не более 10% и перегрузка > до 5%.

0,9 [s]F £ sF £ 1,05 [s]F.

Расчет зубчатой передачи

В условиях индивидуального и мелкосерийного производства, предусмотренного техническим заданием на курсовую работу, в мало- и средненагруженных передачах, а также в открытых передачах применяют стальные зубчатые колеса с твердостью 350НВ. При этом обеспечивается нарезание зубьев после термообработки, высокая точность изготовления и хорошая прирабатываемость зубьев.

Для увеличения нагрузочной способности передачи, уменьшения ее габаритов твердость шестерни HB1 назначается больше твердости колеса HB2,

HB1= HB2+(20-50). (2.1)

 

Рекомендуемый выбор материалов, термообработки и твердости колес приводятся в таблице 3.6, а механические свойства сталей в таблице 3.1.

2.5.1. Выбор материалов для изготовления зубчатых колес

 

Так как мощность привода меньше 10 кВт, то по рекомендации выбираем для изготовления зубчатых колес редуктора стальные зубчатые колеса с твердостью НВ (НВ ). Принимаем материал: для колеса - сталь 40X, термообработка – улучшение, твердость сердцевины - 235HВ, твердость на поверхности - 261 НВ.

НВcр=(235+261)/2=248.

Для шестерни - сталь 40X, термообработка – улучшение, твердость сердцевины - 268HВ, твердость на поверхности - 302 НВ.

НВcр=(268+302)/2=285.

HB1=285>HB2= 248 на 37 единиц, т.е. условие (2.1) выполняется.

2.5.2 Определяем допускаемые контактные напряжения [σ]Н и допускаемые напряжения изгиба [σ]F

По таблице 3.6 определяем величину допускаемых контактных напряжений [σ]Н в зависимости от твердости:

[σ]H0=1,8НВcр+67Н/мм2.. (2.2)

Учитывая, что срок службы привода 8 лет, принимаем коэффициент долговечности КHL = 1, тогда получаем:

[σ] Н1 = КHL . [σ]H01ср +67 = 1. 1, 8 . 285+67 = 580 МПа;

[σ] Н2 = КHL . [σ]H02 ср +67 = 1. 1, 8 . 248+67 = 514 МПа.

В качестве расчетных допускаемы напряжений принимаем:

[ ]H=0.45([ ]H1+[ ]H2; (2.3)

[ ]H=0.45(580+514)=493 Н/мм2.

Определяем допускаемое напряжение изгиба по таблице 6[2] в

зависимости от НВср

[ ]F 0= 1.03HBср. (2.4)

Учитывая, что срок службы привода 8 лет, принимаем коэффициент

долговечности КFL= 1, тогда

[ ]F1= КFL 1,03HBср1 = 1∙1,03∙ 285=294 Н/мм2;

[ ]F2= КFL1,03 HBср2 = 1∙1,03 ∙248= 256 Н/мм2.

 

2.5.3 Определяем межосевое расстояние редуктора

, (2.5)

где К =430 - вспомогательный коэффициент для косозубой передачи;

КНβ - коэффициент неравномерности нагрузки по длине зуба, принимается по таблице 4.1 в зависимости от коэффициента Ψbd;

Ψbd - коэффициент ширины колеса относительно делительной окружности шестерни, его значение принимается по таблице 4.2;

Ψвα = - коэффициент ширины колеса относительно межосевого

расстояния.

При симметричности расположения шестерни относительно опор

Ψbd = 0,8…1,4, принимаем Ψbd = 1, тогда Ψbα = = 0,4.

Согласно значению Ψbd =1, при симметричном расположении колес и

НВ 350 по таблице 4.1 принимаем значение

КНβ = 1,04, тогда

= 163 мм.

Полученное значение округляем до ближайшего значения ГОСТ 6636-69 по таблице 4.3 и окончательно принимаем = 165 мм.

2.5.4 Определяем нормальный модуль зацепления

mn= () = .

По таблице 4.4 принимаем mn=2мм.

2.5.5 Определяем число зубьев шестерни z1, приняв = 10 0, cos = 0,98,

(2.6)

Принимаем z1=32, тогда .

2.5.6 Уточняем передаточное число:

2.5.7 Уточняем фактический угол наклона зубьев:

(2.7)

.

 

Рисунок 2.1 – Геометрические параметры зубчатого зацепления

 

2.5.8 Определяем геометрические параметры шестерни и колеса:

делительный диаметр:

(2.8)

диаметр окружности вершин зубьев:

(2.9)

диаметр окружности впадин зубьев:

(2.10)

ширина венца колеса:

(2.11)

Принимаем 70мм

ширина венца шестерни:

Уточняем межосевое расстояние:

Данные сводим в таблицу геометрических параметров передачи.

 

Таблица 2.2- Геометрические параметры зубчатого зацепления

Параметр Шестерня Колесо
Межосевое расстояние, , мм    
Модуль зацепления, mn, мм    
Угол наклона зубьев, β, град 1403611011 1403611011
Число зубьев, z    
Делительный диаметр, d мм    
Диаметр вершин зубьев, dа мм    
Диаметр впадин зубьев, df мм    
Ширина венца, b, мм    

 

2.5.9 Определяем окружную скорость колес:

; d2 - в мм,

для данной скорости по таблице 4.5 назначаем 8 степень точности изготовления зубчатых колес.

2.5.10 Определение силовых параметров зацепления

           
     

На рисунке 2.2 изображена схема сил в зацеплении цилиндрической косозубой передачи.

Рисунок 2.2 - Схема сил в зацеплении цилиндрической косозубой передачи

 

В зацеплении косозубых цилиндрических колес действуют силы:

окружная Ft = 2Т1 /d1

радиальная Fr=Ft × tga / cosb = (2.12)

осевая Fa = Ft × tgb=

где b - угол наклона зубьев колес.

У зубчатых передач a =200,

 
 

2.5.11 Проверочный расчет передачи по контактным напряжениям, σн.

Определяем контактные напряжения по формуле:

, (2.13)

где К - вспомогательный коэффициент. Для косозубых передач К= 376; =1,22 - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения

нагрузки между зубьями (таблица 4.6);

КНβ =1,04 - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения

нагрузки по длине контактной линии зуба (таблица 4.1);

= 1,02 - коэффициент, учитывающий влияние динамической нагрузки

(таблица 4.7).

 

Подставив числовые значения коэффициентов в формулу (2.6), получим:

 

МПа;

< МПа;

.

Недогрузка в пределах допустимой.

 

2.5.12. Проверочный расчет передачи по напряжениям изгиба, σF.

, (2.14)

(2.15)

где КFa=0,9 - коэффициент, учитывающий неравномерность

распределения нагрузки между зубьями (таблица 4.6);

- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения

нагрузки по длине контактной линии зуба (таблица 4.1);

- коэффициент, учитывающий влияние динамической нагрузки

(таблица 4.7);

- коэффициент, учитывающий влияние угла

наклона зуба;

YF - коэффициент формы зуба принимается по эквивалентному числу

зубьев

, (2.16)

для шестерни , принимаем zν1 =35;

для колеса , принимаем zν2 =140.

По таблице 4.8 находим значения: YF1=3.75, YF2=3.6.

 

Подставив числовые данные в формулы (2.7) и (2.8), получим;

Условия (2.13) и (2.14) выполняются.

Результаты проверочного расчета целесообразно представить в виде таблицы.

 

Таблица 2.3 – Параметры проверочного расчета закрытой передачи.

Параметр Расчетные значения Допускаемые значения Примечания
Контактные напряжения, σн, Н/мм2       Недогрузка 2%
Напряжения изгиба, σF,Н/мм2 σF1     Условие прочности выполняется
  σF2    

 

Заключение: результаты проверочных расчетов по контактным напряжениям и напряжениям изгиба показывают, что полученные геометрические параметры редуктора удовлетворяют заданным.

Таблица 3.2 – Параметры клиноременной передачи

Параметр Значение
Передаточное отношение 4,0
Тип ремня Б
Количество ремней  
Межосевое расстояние, мм  
Длина ремня, мм  
Диаметр ведущего шкива, мм  
Диаметр ведомого шкива, мм  
Угол обхвата малого шкива  
Частота пробегов ремня П, с-1 4,24
Предварительное натяжение ремня F0, Н  
Сила давления ремней на валу Fоп, Н  

Проверочный расчет валов

9.1 Пространственная схема нагружения валов

 

9.2 Задача расчета

Определить диаметры валов в опасном сечении.

9.3 Данные для расчета

Они приведены в таблице

 

Параметр Шестерня Колесо
Ft, Н  
Fr, H  
Fa, H  
Fрп, Н  
Т, Нм    
ω, с-1 39,8 9,94

9.4 Условия расчета

Пользуясь 3-й или 4-й теорией прочности, определить диаметры валов в опасном сечении, учитывая совместное действие изгиба и кручения.

 

9.5 Расчет ведущего вала

9.5.1 Составляем уравнения равновесия и определяем опорные

реакции от сил, действующих в плоскости УZ (вертикальная плоскость)

; - RВу ∙ 2l1+ Ft ∙ l1 = 0,

откуда RВу = (Ft ∙ l1) / 2l1 = Ft / 2;

RВу =5060 /2= 2530 H;

RАу= RВу=2530.

9.5.2 Составляем уравнения равновесия и определяем опорные реакции

от сил, действующих в плоскости ХZ (горизонтальная плоскость):

RВх ∙ 2l1- Fr ∙ l1 - Fa ∙ d1/2 -Fрп ∙ l 2 = 0;

откуда RВх = (Fрп ∙ l2 + Fr ∙ l1 + Fa ∙ d1/2)/ (2l1);

RВх =(1460 ∙ 95+ 1900∙ 62+1300∙ 66/2) /2∙ 62 = 2415 Н

 

; RAх ∙ 2l1 - Fрп ∙ (2l1+ l2) + Fr ∙ l1 - Fa ∙ d1/2 = 0;

откуда RАх ={- Fr1 ∙ l1 + Fa ∙ d1/2+Fрп (2l1+ l2)}/ 2l1;

RАх = { -1900∙ 62 + 1300∙ 66/2)+1460(95+124) / 2∙ 62 = 1975 Н.

 

Проверка: - RАх + RВх – Fr+ Fрп= 0;

-1975+2415 +1900 + 1460 = 0; 3875-3875 =0.

 

9.5.3 Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов

в плоскости УZ (вертикальная плоскость)

Сечение 1-1

=62мм

RВу z1 ; при Z1=0; М1=0;

при Z1=622мм; М1= 2530∙ 0,062=-156,86 Нм.

 

9.5.4 Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов

в плоскости ХZ (горизонтальная плоскость)

Сечение 1-1:

=95мм;

; при ;

при ; .

Сечение 11-11:

;

М2= ,

при ;

Сечение 111-111:

;

, при ; ;

при ;

 

По данным расчётам строим в масштабе эпюр изгибающих моментов в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также эпюр крутящего момента.

9.5.5 Используя 3-ю теорию прочности, определяем приведенный момент в опасном сечении по формуле

;

9.5.6 Определяем диаметр вала в опасном сечении

,

где [ -1] = (50 – 60)Н/мм² - допускаемые напряжения изгиба.

 

Принимаем [ -1] = 60 Н/мм², тогда

мм.

 

В нашем случае d=35,7 мм намного меньше диаметра окружности впадин шестерни – df=61мм, что дает значительный запас прочности

 

 

 

Рисунок 9.1 – Эпюры изгибающих моментов и крутящего момента

на ведущем валу

9.6 Расчет ведомого вала

На ведомый вал, помимо усилий в зубчатой передаче, действует

консольная сила от муфты Fм, но ввиду того, что масса муфты мала, этим усилием при расчете реакций и параметров вала можно пренебречь.

 

9.6.1 Составляем уравнения равновесия и определяем опорные

реакции в плоскости уz (вертикальная плоскость).

∑МСу=0 RDу 2l1 - Ft l1 = 0,

откуда RDу=(Ft l1)/ 2l1= Ft / 2.

RDу =5060 /2 = 2530 Н. RCу = RDу= 2530 Н.

Проверка. RCу + RDу - Ft = 0

2530 + 2530- 5060 =0. 5060 - 5060 =0.

9.6.2 Составляем уравнения равновесия и определяем опорные

реакции в плоскости хz (горизонтальная плоскость).

- RDХ *2l1 + Ft * l1 + Fм l2 ) = 0,

откуда RDХ=(Ft * l1 + F м* l2)/(2l1)

RDХ =(5060*61 + 2500* 80) / (2*61) = 4169 Н.

-RСХ*2l1-Ft * l1 + Fм (2 l1+ l2) = 0,

откуда RСХ = [-Ft * l1 +Fм (2 l1+ l2]/(2l1)

RСХ = [(- 5060*61+ 2500(2 *61 +80)] / (2*61) = 1609 Н.

 

Проверка. RCX - RDХ+Ft - Fм = 0

1609 +5060 -2500 -4169=0. 6669 - 6669 =0

9.6.3 Построение эпюр изгибающих и вращающих моментов

в плоскости УZ (вертикальная плоскость)

Сечение 1-1

=61мм

М1= . при Z1=0; М1=0.

при Z1=61мм; М1= 2356∙0,061=143,7 Нм.

 

Сечение 11-11

. при ; .

при ;

 

9.6.4 Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов

в плоскости ХZ (горизонтальная плоскость)

Сечение 1-1:

=80мм

М1= - FМ z1. при ; .

при М1=- 2356х 0,080 =-200Н/м.

 

Сечение 11-11

. при ;

при ;

Рисунок 9.2 – Эпюры изгибающих моментов и крутящего

момента на ведомом валу

 

По данным расчётам строим в масштабе эпюр изгибающих моментов в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также эпюр крутящего момента.

 

9.6.5 Используя 3-ю теорию прочности определяем приведенный момент в опасном сечении по формуле

Нм

Приняв [ -11] =50 Н/мм² получаем значения диаметра вала в опасном сечении

мм.

Фактический диаметр вала под колесом, 65мм больше расчетного, 52мм.

 

Задача расчета

- определить эквивалентную динамическую нагрузку;

- проверить подшипники на динамическую грузоподъемность;

- определить расчетную долговечность подшипника.

Данные для расчета

Частота вращения колец подшипника: n2=380 мин-1, n 3=95 мин-1.

Силы в полюсе зацепления: окружная Ft = 5060 H; радиальная Fr = 1900 H; осевая Fa = 1300 H.

Характеристики подшипников приведены в таблице 7.1.

Условие расчета

Проверочный расчет подшипников выполняется отдельно для быстроходного и тихоходного валов. Пригодность определяется по условиям:

,

где - расчетная динамичность грузоподъемность, Н;

- базовая динамическая грузоподъемность, Н;

- расчетная долговечность, ч;

- требуемая долговечность, ч.

Требуемая долговечность подшипника предусмотрена ГОСТ 16162 -93 и составляет для зубчатых редукторов > 10000 ч.

Подбор и проверка шпонок

Шпонка исключает проскальзывание колеса по валу и служит для передачи крутящего момента от колеса к валу и обратно. Шпонка подбирается по диаметру вала и длине ступицы, и проверяется на смятие.

Проверке подлежат одна шпонка входного конца ведущего вала – под полумуфтой, одна шпонка промежуточного вала под колесом быстроходной передачи и две шпонки ведомого вала – под зубчатым колесом тихоходной передачи и на выходном конце вала под полумуфтой.

 

Схема шпоночного соединения

11.2 Задача расчета

Подобрать шпонки и проверить их на смятие.

11.3 Условие расчета

Подобранные шпонки должны удовлетворять условию

Допускаемые напряжения при стальной ступице и спокойной нагрузке

11.4 Подбор и проверка шпонок

Проверке подлежат одна шпонка ведущего вала – под шкивом ременной передачи, и две - ведомого вала – под зубчатым колесом и под полумуфтой.

Размеры шпонок b х h подбираем по таблице, а рабочую длину шпонки lр замеряем с чертежа эскизной компоновки редуктора.

Таблица 11.1 – Размеры шпонок (ГОСТ 23360-78)

Вал Диаметр вала, мм Сечение шпонки, мм   Глубина паза, мм Рабочая длина шпонки, мм Вращаю- щий момент, Нм
d b h вала t1 втулки t2 lр Т
          3,3 4,3 4,4    

Проверяем условие прочности по формуле

,

где d – соответствующий диаметр вала, мм;

h – высота шпонки, мм;

t1 - глубина паза вала, мм.

;



Поделиться:


Познавательные статьи:




Последнее изменение этой страницы: 2016-12-27; просмотров: 1088; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.14.247.170 (0.017 с.)