Назначение привода – понижение угловой скорости и соответственно повышения вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим.

Пояснительная записка

(ПМ.000000.031.ПЗ)

Руководитель:

________________Кондрючая В.П.

(подпись)

________________

(оценка, дата)

 

Разработал:

Студент группы 62-4

 

________________ Т.А.Окладникова

(подпись)

_______________

(дата)

 

Красноярск 2007

 

 

 

Задание на проектирование №1, вариант 1.

Спроектировать привод барабанной мельницы.

Рисунок 1. Привод барабанной мельницы

 

1 – Электродвигатель, 2 – ременная передача, 3 – редуктор, 4 –муфта, 5 – барабан мельницы. I,II,III- номера валов.

Таблица 1 - Исходные данные для проектирования

Рвых кВт	nвых об/мин	Цилиндрическая передача	Ременная передача	Корпус	Рама	Муфта	Срок службы в годах при 2-х сменной работе
3.5		кос	Плоск.	литой	сварная	фланц.	5 лет

 

 

Введение

Целевая установка курса «Детали машин» заключается в том, чтобы, исходя из заданных условий работы деталей машин, рекомендовать методы, правила и нормы их проектирования, обеспечивающие выбор наиболее рациональных материалов, форм, размеров, степени точности и шероховатости поверхности, а так же технических условий изготовления.

Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного закрытого агрегата и служащий для передачи мощности от двигателя к рабочей машине. Кинематическая схема может включать помимо редуктора открытые зубчатые передачи, ременную или цепную.

Назначение привода – понижение угловой скорости и соответственно повышения вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим.

Значения машин для человеческого общества велико, машины освобождают людей от тяжелой физической работы, способствует улучшению качества изготовляемой продукции и снижению ее себестоимости. Уровень производства машин и их техническое совершенство – основные показатели развития народного хозяйства.

Основные тенденции современного машиностроения повышение мощности и быстроходности машин, равномерность хода, автоматизация, надежность и долговечность, удобство и безопасность обслуживания, экономичность при эксплуатации и малой массы.

Содержание

1 Назначение и область применения проектируемого привода- 3

 

1.1 Описание и техническая характеристика привода- 3

 

1.1.1Электродвигатель- 3

 

1.1.2 Зубчатая цилиндрическая передача (редуктор) 3

 

1.1.3 Ременная передача- 3

 

1.1.4 Муфта- 3

 

2 Расчеты, подтверждающие работоспособность привода- 3

 

2.1 Кинематический расчет привода и выбор электродвигателя- 3

 

2.1.1 Задачи кинематического расчета- 3

 

2.1.2 Данные для расчета- 3

 

2.1.3 Условия расчета- 3

 

2.1.4 Определение номинальной мощности и выбор типового электродвигателя 3

 

2.1.5 Определение передаточного числа привода и его составляющих- 3

 

2.1.6 Определение мощности на всех валах привода- 3

 

2.1.7 Определение частоты вращения каждого вала привода- 3

 

2.1.8 Определение угловых скоростей на всех валах привода- 3

 

2.1.9 Определение вращательных моментов на всех валах привода- 3

 

2.1.10 Сводная таблица кинематических параметров привода- 3

 

2.2 Расчет закрытой зубчатой передачи (редуктора) 3

 

2.2.1 Задачи расчета- 3

 

2.2.2 Данные для расчета- 3

 

2.2.3 Условие прочностти закрытой зубчатой передачи- 3

 

2.2.4 Выбор материалов и определение допускаемых напряжений- 3

 

 

2.2.5 Определение геометрических параметров зуб передачи- Ошибка! Закладка не определена.

 

2.2.6 Определение силовых параметровзацепления- 3

 

2.2.7 Проверочный расчет передачи по контактным напряжениям и --- Ошибка! Закладка не определена.

 

2.2.8 Проектный расчет валов- 3

 

2.2.8.1 Ориентированный предварительный расчет валов- 3

 

2.2.8.2 Выбор подшипников- 3

 

2.2.8.3 Эскизная компоновка редуктора- 3

 

2.2.8.4 Уточненный расчет ведомого вала- 3

 

2.2.9 Проверочный расчет подшипников- Ошибка! Закладка не определена.

 

2.2.10 Подбор шпонок- 3

 

3. Конструктивное оформление зубчатых колес- 3

 

4. Конструктивное оформление валов- 3

 

5. Конструктивное оформление корпуса редуктора- 3

 

6. Смазка зубчатых колес и подшипников. Уплотнение- 3

 

7. Сборка редуктора- 3

 

8. Оценка тех уровня спроектированного редуктора- 3

 

9. Расчет ременной (открытой зубчатой передачи) 3

 

10. Выбор муфты- 3

 

11. Эксплутационный привод- 3

 

12. Техника безопасности- 3

 

13.Заключение- 3

14. Библиографический список

 

 

 

1 Назначение и область применения проектируемого привода

Описание и техническая характеристика привода

Электродвигатель

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

Для проектируемых машинных агрегатов рекомендуются короткозамкнутые трехфазные асинхронные двигатели серии 4А. Эти двигатели наиболее универсальны. Закрытое и обдуваемое исполнение позволяет применить эти двигатели для работы в загрязненных условиях, в открытых помещениях и т.п.

Двигатели серии 4А применяют для приводов механизмов, имеющих постоянную или мало меняющуюся нагрузку при длительном режиме работы и большую пусковую нагрузку, вследствие повышенной силы трения и больших инерционных масс, например конвейеров, шнеков, смесителей, грузоподъемников и т.п. Эти двигатели работают при любом направлении вращения, обеспечивая при необходимости реверсировать машинного агрегата.

Исходными данными технических заданий на курсовое проектирование предусмотрено применение двигателей серии 4А с диапазоном мощности от 0,25 до 9,0 кВт.

Муфта

Муфтами в технике называют устройства, которые служат для соединения концов вала, стержней, труб, электрических проводов и т.д. Рассмотрим муфты для соединения валов. Потребность в соединении валов связана с тем, что большинство машин компонуют из ряда отдельных частей с входными и выходными валами, которые соединяют с помощью муфт. Соединение валов является общим, но не единственным назначением муфт. Так, например, муфты используют для включения и выключения исполнительного механизма при непрерывно работающем двигателе (управляемые муфты); предохранение машины от перегрузки (предохранительные муфты); компенсации вредного влияния несоосности валов (компенсирующие муфты); уменьшения динамических нагрузок (упругие муфты) и т.д.

В современном машиностроении применяют большое количество муфт, различающихся по принципу действия и управления, назначению и конструкции. Широко применяемые муфты стандартизированы. Основной паспортной характеристикой муфты является значение вращающего момента, на передачу которого она рассчитана.

 

 

 

2 Расчеты, подтверждающие работоспособность привода

Данные для расчета

Данными для расчета является кинематическая схема, и параметры таблицы задания на проектирование.

Условия расчета

Для обеспечения работоспособности и надежности привода необходимо чтобы мощность стандартного электродвигателя была больше или равна расчетной мощности

Р P кВт. (2.1)

Допускается перегрузка электродвигателя не более 5%, недогрузка не более 10%.

Таблица 2.2 - Кинематические параметры привода

№ вала	Р , кВт			Т , Нм
(1)	3.72		149.67	24.85
(2)	3.61	440.95	46.15	78.20
(3)	3.5	139.98	14.65	238.91

 

Анализ результатов кинематических расчетов показал, что проектируемый прибор обеспечивает требуемые по заданию мощность и число оборотов на выходном валу привода. Отклонений нет.

 

2.2 Расчет закрытой зубчатой передачи (редуктора)

Задачи расчета

Задачами расчета закрытой зубчатой цилиндрической передачи являются:

- выбор материалов для изготовления зубчатых колес;

- определение допускаемых контактных и изгибных напряжений;

- определение геометрических параметров передачи;

- проверка расчета по контактным и напряжения.

Исходные данные для кинематического расчета представлены в таблице 2,2.

Таблица 3 - Геометрические параметры передачи, мм

Параметр	Шестерня	Колесо
Делительный диаметр
Вершин зубьев	.
Впадин зубьев
Ширина венца

Проверочный

к) уточнение межосевого расстояния (2.35)

,

л) Определяем окружную скорость V в зацеплении и задаемся степенью точности передачи (табл. 14 [1])

(2.36)

Степень точности=8

 

м) Вычисляем контактные напряжения в передаче

, (2.37)

где (Н) – окружная сила;

, (2.38)

K=376 – для косозубых передач;

K =1,09 коэффициент распределения нагрузки между зубьями, определяется по таблице 15[1] в зависимости от V м/с и степени прочности для косозубых колес;

K =1,04 - определяется по таблице 10[1] в зависимости от

; (2.39)

K =1,02 коэффициент динамической нагрузки, определятся по таблице 16[1].

 

 

,

При проверке по контактным напряжениям допускается перегрузка до +5%, недогрузка до -10%, величины которых определяются по формуле:

. (2.40)

Условия прочности соблюдаются, недогрузка составляет 5,43%, что меньше допускаемых 10%.

4) Проверяем напряжение изгиба зубьев шестерни и колеса

, (2.41)

,

где =3,92 и =3,61 - коэффициент формы зуба шестерни и коэффициент формы зуба колеса, находящиеся по таблице 17[1] в зависимости от

(2.42)

где - коэффициент угла наклона зубьев; (2.43)

;

K =0,91 - коэффициент распределения нагрузки, определяемый по таблице 18[1];

 

 

K =1,04 - коэффициент неравномерности нагрузки принимаем по таблице 10[1];

К =1,20 - коэффициент динамичности, принимается по таблице 16[1].

,

.

 

При проверочном расчете значительно меньше , т.к. нагрузочная способность большинства передач ограничивается контактной прочностью.

 

Проектный расчет валов

2.2.8.1 Ориентированный предварительный расчет валов.

Расчет ведем по деформации кручения. Выбираем допускаемое касательное зацепление, выбираем заниженное [ ]=(25-30) , так как учитываем только кручение без остальных деформаций. Определяем диаметр на выходном конце вала.

(2.45)

T_i- вращательный момент на данном валу

- допускаемое касательное напряжение. Принимаем для первого вала 25

, (2.45)

Определяем диаметр d_b1 c ослаблением шпоночным пазом.

 

 

Выбираем диаметр вала по ГОСТ 663669 до ближайшего значения округляя в большую сторону.

=30, =40, =32;

Определяем диаметр вала под подшипник. Диаметр шейки вала под подшипник назначают конструктивно увеличивая диаметр выходного конца до значения взятого по ГОСТУ.

-диаметр вала шестерни под подшипники:

. (2.47)

-диаметр вала шестерни под колесо:

(2.48)

Диаметр шейки вала под подшипник должен быть кратным 5.

Выбираем диаметр вала для образования буртика фиксирующего подшипник.

=38

(2.51)

(2.52)

 

Таблица 4 - Диаметры ступеней валов, мм

Название вала	Выходной конец	Под подшипники	Под колесо
Ведущий
Ведомый

Выбор подшипников

Выбор подшипников выполняется с учетом 3-х факторов.

Тип подшипника определяется по соотношению осевой силы к радиальной :

Если , то рекомендуются радиальные шариковые подшипники.

Если , то рекомендуются

радиально-упорные шариковые подшипники или роликовые конические.

В нашем случае: передача косозубая, принимаем радиально-упорные шариковые подшипники:

. (2.53)

Серия подшипников устанавливается ориентировочно по величине передаваемой мощности или по рекомендации литературных источников. Так по рекомендации [1] выбираем подшипники легкой серии.

Типоразмерподшипника определяется по справочной таблице [1] с учетом выбранного типа, серии и диаметра вала под подшипники.

Таким образом, выбираем подшипник: для шестерни – шариковый радиально-упорный легкой серии типоразмера 36205; для колеса – шариковый радиально-упорный легкой серии типоразмера 36207.

Рисунок. 2 Подшипники шариковые радиально, однорядные

Таблица 5 - Параметры подшипников качения

Вал	Тип		D, мм	В(Т), мм	r,мм
Ведущий					1,5
Ведомый					2.5

2.2.8.3 Эскизная компоновка редуктора

Предварительную эскизную компоновку начинаем с того, что на прямой откладываем отрезок, равный сумме делительных диаметров шестерни и колеса (), выделяем на нем и через середину отрезков и проводим оси, расстояние между которыми должно быть равным . Затем, отложив ширину шестерни и колеса , получаем изображения зубчатых колес в виде прямоугольников. Потом откладываем диаметры вершин и впадин каждого колеса. Приняв зазор между шестерней и внутренней стенкой корпуса 10 мм, очерчиваем эту стенку. Для выбора типа смазки подшипников подсчитываем произведение , где - внутренний диаметр подшипника, n – число оборотов в минуту. При ≥ следует применить жидкую смазку (чаще всего разбрызгиванием картерного масла), при ≤ рекомендуется применять консистентную (пластичную) смазку.

По размерам таблицы 21 [1] на осях валов вычеркиваем подшипники, отступив наружу от внутренней стенки при жидкой смазке на 1 – 2 мм.

Измеряя расстояние между центром радиальных подшипников, определяем расчетную длину валов

Подбор шпонок

Под бор шпонок осуществляем по таблице в зависимости от диаметра вала, а затем проверяем на смятие, так как их размеры подобраны так, что прочность шпонок на срез обеспечивается. Наиболее распространенными являются призматические шпонки, размеры которых даны в таблице 26[1].

Таблица 6 - Шпонки призматические

Диаметр вала, мм	Сечение шпонки, мм	Глубина паза, мм
d	b	h	вала t1	втулки t2
			5.5	3,8 3,3 3,3

 

Рабочая длина шпонки определяется из условия прочности на смятие:

, (2.64)

а затем подбирают из стандартного ряда так, чтобы ее длина оказалась на 5-10 мм меньше длины ступицы. Кроме того, рекомендуется на одном и том же валу ставить шпонки одинакового поперечного сечения.

;

Допускаемое напряжение на смятие при стальной ступице и спокойной нагрузке.

.

 

3. Конструктивное оформление зубчатых колес

Колеса изготавливаются без промежуточного диска, а с

- с диском. Формулы для расчета отдельных элементов кованного колеса приведены в таблице 7[1].

 

Рис. 5 Конструкция зубчатого колеса

Таблица 7 - Определение размеров отдельных элементов зубчатых колес

Параметр	Формула	колесо	шестерня
Диаметр ступицы
Длина ступицы		>56.64	>59.64
Толщина обода
Толщина диска
Фаска по торцам зубчатого венца
Фаски по торцам ступицы	принимается конструктивно

 

 

4. Конструктивное оформление валов

Выбираем выходные концы валов.

 

Рис. 6 Цилиндрические концы валов, мм

Прежде всего выбираются выходные концы валов, которые могут быть цилиндрическими или коническими.

Таблица 8. Цилиндрические концы валов.

dк	l	r	c
		2,0	1,6
		2,0	1,6

Переходный участок вала между двумя ступенями разных диаметров выполняют галтелью радиуса r, снижающей концентрацию напряжений в местах перехода (таблица 24[1]).

Таблица 9. Галтели

d	32-45
r	2,0
f	2,5

 

 

 

Таблица.10 Канавки

d,	50-100
b,	5,0
h,	0,5
r,	1,6

Если между подшипником и колесом или элементом открытой передачи, муфтой устанавливают распорную втулку, то переходный участок между ступенями выполняют галтелью. При этом буртиком вала и торцом втулки должен быть предусмотрен зазор С, а на торце в втулки фаска f.

Диаметр выходного конца быстроходного вала d_к1 соединенного с двигателем через муфту, не должен отличаться от диаметра вала ротора двигателя больше, чем на 20%.

Оба конца вала должны заканчиваться фасками, величину которых можно задать по таблице 23.

 

5. Конструктивное оформление корпуса редуктора

 

Конструктивная проработка элементов корпуса редуктора осуществляется по эмпирическим формулам.

Кроме того, необходимо разработать смотровой люк. Его делают прямоугольной или круглой формы максимально возможных размеров. Люк закрывают крышкой, под которую ставят уплотняющие прокладки из картона (толщенной 1-1,5мм) или полосы от резины (толщенной 2-3мм). С такой крышкой может быть совмещена пробка отдушина.

Отверстие под жезловый маслоуказатель и сливную пробку располагают рядом на одной стороне корпуса. Нижняя кромка сливного отверстия должна быть на уровне днища, которое выполняется с уклоном 1-2° в сторону отверстия.

Для подъема и транспортировки крышки корпуса и собранного редуктора применяют проушины.

Для герметизации подшипниковых узлов осевой фиксации подшипников и восприятия осевых нагрузок служат крышки. Они изготавливаются из чугуна С415 двух видов: торцевые и врезные.

 

 

1) Толщина стенки корпуса (картера): одноступенчатого цилиндрического

, (5.1)

.

Принимаем толщину стенки корпуса = 8 мм.

2) Толщина стенки крышки корпуса

.8мм (5.2)

3) Толщина ребер жесткости

.8мм (5.3)

4) Высота ребер жесткости

, (5.4)

,

.

5) Ширина фланца картера и крышки

, (5.5)

.

6) Толщина фланца

, (5.6)

.

7) Зазор между наружной поверхностью колеса и стенкой корпуса

, (5.7)

А=(1,2-2,5)8=(9,6-20)мм.

8) Диаметр фундаментальных болтов

, (5.8)

.

9) Диаметр болтов, соединяющих крышку с картером по фланцам

, (5.10)

.

10) Толщина основания картера

, (5.11)

.

11) Диаметров винтов смотровой крышки

, (5.12)

.

Необходимо разработать смотровой люк. Его делают прямоугольной или круглой формы максимально возможных размеров. Люк закрывают крышкой.

Отверстие под жезловый маслоуказатель и сливную пробку располагают рядом на одной стороне корпуса. Нижняя кромка сливного отверстия должна быть на уровне днища, которое выполняется с уклоном 1-2° в сторону отверстия.

Для герметизации подшипниковых узлов осевой фиксации подшипников и восприятия осевых нагрузок служат крышки. Они изготавливаются из чугуна С415 врезные.

Наружный диаметр крышек D равен диаметрам подшипников.

 

 

6. См азка зубчатых колес и подшипников. Уплотнение

Для редукторов общего назначения применяют непрерывное смазывание жидким маслом картерным непроточным способом (окунанием). Этот способ применяется для зубчатых передач при окружных скоростях . Выбор сорта масла зависит от расчетного контактного напряжения в зубьях и фактической окружной скорости колес (таблица 33 [1]).

Выбираем сорт смазочного масла И-Г-А-68.

Количество масла (объем) ориентировочно подсчитывается по формуле:

, (6.1)

где V -объем масла в литрах;

Р -мощность привода на выходе.

.

В цилиндрических редукторах при окунании в масляную ванну колеса уровень масла определяется по формуле:

(6.2)

где m – модуль зацепления;

h - высота уровня масла;

d - делительный диаметр колеса.

2,5< h <44.785.

Смазывание подшипников.

При смазывании зубчатых и червячных колес окунанием подшипники качения обычно смазывают из картера в результате разбрызгивания масла колесами, образование тумана и растекания масла по валам. Надежное смазывание разбрызгиванием возможно при окружных скоростях V>3м/с. Для свободного проникновения масла полость подшипника должна быть открытой внутрь корпуса.

 

Смазывание пластичными материалами типа солидол жировой (ГОСТ 1033-79) или консталин жировой УТ-1 (ГОСТ 1957-73) применяется при окружных скоростях V<2 м/c.Смазочный материал набивают в подшипник в ручную при снятой крышки подшипникового узла на несколько лет. Полость подшипника должна быть закрыта внутренним уплотнением с внутренней стороны узла.

Уплотнительные устройства применяют для предотвращения вытекания смазочного материала из подшипниковых узлов, а также защите их от попадания пыли, грязи и влаги. В зависимости от места установки в подшипниковом узле уплотнения делят на две группы: наружные устанавливают в сквозных крышках торцовых и врезных, а внутренние устанавливают с внутренней стороны подшипниковых узлов.

По принципу действия их можно разделить на четыре вида: контактные, лабиринтные и щелевые, центробежные, комбинированные.

Контактные уплотнения относят к группе наружных и делятся на войлочные, фетровые и манжетные. Они хорошо защищают опорные узлы, но с увеличением окружной скорости шейки вала температура в зоне контакта повышается и возрастает износ. Допускаемые значения скорости: для войлочных колес V<2 м/с, фетровые V<5 м/с, манжетные V<10 м/с.

Войлочные и фетровые кольца перед установкой пропитывают горячим минеральным маслом. Поверхность шейки вала для уменьшения износа полируют. Размеры контактных уплотнений приведены в таблице 34[1].

Рисунок 6.1. Войлочные уплотнения.

 

Таблица 8 - Размеры резиновых армированных манжетов для валов

d	d1	d2	D	a	b	S0
					4.3
					4.3

 

 

Окружная скорость для лобиринтных уплотнений V<30 м/с, а для щелевых V<10 м/с. В уплотнениях второго вида, также относящихся к наружным, используется принцип гидравлического затвора. Канавки и зазоры этих уплотнений заполняют пластической смазкой. В сильно загрязненной среде эти уплотнения использовать не рекомендуется. Установка и конструкция внутренних уплотнений, относимых к центробежному виду, зависят от способа смазывания подшипников. При смазывании подшипников разбрызгиванием масло, выживаемое из зацепления, обильным потоком выбрасывается в подшипники. Для предотвращения излишнего полива маслом и попадание в подшипники продуктов износа червячных и зубчатых колес подшипниковые узлы закрывают с внутренней стороны маслоотбойными шайбами. Толщина шайб 1,2-2мм.

При смазывании пластичным материалом во избежании вымывания картерным маслом устанавливают мазеудерживающие шайбы, выходящие за торцы подшипникового узла внутрь корпуса на 1-2мм.

 

Рисунок 6.2 Мазеудерживающее кольцо

 

 

7 . Сборка редуктора

На сборку поступают детали, соответствующие рабочим чертежам и принятые ОТК.

Перед сборкой внутреннюю полость корпуса редуктора тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской.

Сборку производят в соответствии со сборочным чертежом общего вида редуктора, начиная с узлов валов:

На ведущий вал насаживают мазеудерживающие кольца и шарикоподшипники, предварительно нагретые в масле до 80-100⁰С;

В ведомый вал закладывают шпонку и напрессовывают зубчатое колесо до упора в бурт вала; затем надевают распорную втулку, мазеудерживающие кольца и устанавливают шарикоподшипники, предварительно нагретые в масле.

Собранные валы укладывают в картер редуктора, покрывают фланцы картера и крышки пастой «Герметик», закладывают крышки подшипников, устанавливают монтажные конические штифты, устанавливают крышку редуктора на картер и затягивают болты, крепящие крышку к картеру.

После этого на ведомый вал надевают распорное кольцо, в подшипниковые камеры закладывают пластичную смазку, ставят крышки подшипников с комплектом металлических прокладок. Перед постановкой сквозных крышек в проточки закладывают войлочные уплотнения, пропитанные горячим маслом. Проверяют проворачиванием валов отсутствие заклинивания подшипников (валы должны проворачиваться от руки) и закрепляют крышки винтами.

Далее на конец ведомого вала в шпоночную канавку закладывают шпонку. Затем ввертывают пробку маслоспускного отверстия с прокладкой и жезловый маслоуказатель. 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.

 

 

10. Выбор муфты

Если соосность соединяемых валов в процессе монтажа и эксплуатации строго выдерживается, то допустимо устанавливать жесткие муфты: фланцевые и втулочные. Типоразмер муфты выбирают по диаметру вала и по величине расчетного вращающего момента

 

(10.1)

 

Рисунок 10.1 Муфта.

 

 

Таблица 9 – Размеры фланцевой муфты.

[Т], Нм	d	D	l, не более	L, не более
Исполнение