Федеральное агентство по образованию
Казанский государственный технологический университет
Пояснительная записка
К курсовому проекту по основам проектирования машин
«Проектирование привода цепного конвейера»
(одноступенчатый цилиндрический вертикальный редуктор)
Выполнила студент
Гр.
Проверил:
Казань, 2011 г.
Содержание
I Постановка задачи……………………………………………………………..3
II Кинематический расчет……………………………………………………….4
Расчет цилиндрической прямозубой передачи
III Расчет плоскоременной передачи…………………………………………...9
IV Ориентировочный расчет валов ……………………………………………12
V Конструктивные размеры элементов корпуса и крышки редуктора……...14
VI Конструктивные размеры валов, подшипниковых узлов…………………16
VII Проверка прочности валов…………………………………………………18
VIII Подбор шпонок и проверочный расчет шпоночных соединений……...22
IX Подбор подшипников………………………………………………………..23
X Посадки деталей и сборочных единиц редуктора………………………….24
XI Смазка зубчатых колес………………………………………………………24
XII Вычерчивание общего вида редуктора……………………… ……………24
Список использованной литературы…………………………………………...25
I Постановка задачи
Спроектировать привод цепного конвейера, состоящий из электродвигателя 1, плоскоременной передачи 2, вертикального цилиндрического прямозубого редуктора 3, которые смонтированы на сварной раме 4.
/>
Мощность на ведомом валу привода Pt=5,5 кВт, угол наклона передачи α=25°, частота вращения nt = 400, синхронная частота вращения электродвигателя nсинх = 3000 об/мин.
Материал колеса – сталь 45.
Материал шестерни – сталь 45.
Термообработка: нормализация, улучшение.
Нагрузка — постоянная, с небольшими толчками.
Электродвигатель асинхронный типа 4А на лапах. Срок службы 25000 час.
I
I Кинематический расчет на выбор электродвигателя:
1. Определяем общий привода
/>
/> — КПД ременной передачи
/> — КПД зубчатой цилиндрической передачи
/> — КПД подшипников
2. Требуемая мощность двигателя
ηобщ = />, />Pэд = />
Принимаю по табл. 24.9. электродвигатель 4A112М2/2895
Pэд= 7,5 кВт, nэд =2895 об/мин .
3. Определение передаточных чисел
Общее передаточное число
/>= />
Передаточное число ременной передачи />
Передаточное число зубчатой передачи:
Uз.п.=/>
4 Крутящий момент
/>
5. Определение мощности на валах
/>
II. Расчет цилиндрической прямозубой передачи
/>
1. Выбор марки материала и назначение химико-технической обработки.
Используя П.21 и П.28, назначаем для изготовления зубчатых колес сталь 45 с термической обработкой: нормализация – для колеса, улучшение – для шестерни.
2. Определение допускаемых напряжений на контактную и изгибную выносливость зубьев
Термообработка
Твердость
/>
/>
/>
/>
Колесо
Нормализация
HB180…200
420
1
155
4
Шестерня
Улучшение
HB240…280
600
1,5
195
4
Ресурс передач />
Число циклов перемены напряжений:
/>
Т.к. /> и /> то значения коэффициентов долговечности /> и />
Допускаемые напряжения для колеса:
/>
Допускаемые напряжения для шестерни:
/>
3. Определение параметров передачи.
По табл. П.22 для прямозубых колес/> для материала
сталь-сталь.
Коэффициент ширины зубчатых колес /> при симметричном расположении зубчатых колес относительно опор.
Принимая />, определяем />
/>
По табл. П.25, интерполируя, находим (при > HB350)
/>и />
Определение межосевого расстояния
/>
Принимаю />
Определение модуля передачи
/>
По СТ СЭВ 310-76 принимаем />
Определение чисел зубьев шестерни и колеса
Число зубьев шестерни
/>
Число зубьев колеса
/>
Принимаю />
Определение делительных диаметров, диаметров вершин зубьев и диаметров впадин шестерни и колеса
/>/>
3.5. Уточнение передаточного числа, межосевого расстояния, определение ширины зубьев
/>
/>
/>
Принимаю />, />
2.4. Вычисление скорости и сил, действующих в зацеплении.
/>
По табл. 2 назначаем 8-ю степень точности передачи
Вычисляем силы, действующие в зацеплении
/>
2.5. Проверка на прочность
Проверяем контактную выносливость зубьев по формуле
/>
Определяем значения коэффициентов, входящих в формулу.
Коэффициент, учитывающий форму сопряженных поверхностей /> определяем по табл. 3 />при />, />
Коэффициент, учитывающий механические свойства материалов сопряженных зубчатых колец определяем по табл. П.22 для материала сталь-сталь />
Коэффициент торцевого перекрытия
/>
Коэффициент, учитывающий суммарную длину контактных линий />
Определяем значения коэффициентов нагрузок
По табл. П. 26 для 8-й степени точности, твердости />, интерполируя, получаем: /> Следовательно,
/>/>
/>=/>
Выносливость зубьев по напряжениям изгиба проверим по формуле
/>
По табл. 27. определяем значение />
При /> />
/>
Передача для эксплуатации пригодна.
III Расчет плоскоременной передачи
1. Определение КПД передачи:
/>
Передаточное число ременной передачи />
2.Мощность на ведущем валу передачи:
/>
3. Расчет частоты вращения ведущего вала
/>
4. Определение диаметра шкивов
Диаметр ведущего шкива
/>
По табл. П.10 принимаем />
Определение диаметра ведомого шкива при среднем значении коэффициента скольжения упругого скольжения />
/>
Принимаю />
5. Уточнение передаточного числа
/>
6. Определение скорости ремня и назначение типа ремня
/>
Назначим прорезиненный ремень.
7. Определение межосевого расстояния:
(/>
Выбираем />
8. Угол обхвата определяем по формуле
/>
9. Определение длины ремня
/>
Принимаем L=3200мм
10. Проверка частоты пробега
Для плоских ремней />
/>
Определяем допускаемое полезное напряжение /> по формуле
/>
По табл. П.11 для резинотканевых ремней /> получаем
/>
Для плоских ремней по табл. П. 12, интерполируя, находим коэффициент угла обхвата />=0,964
Скоростной коэффициент
/>
Коэффициент режима длительности работы по табл. П. 13. />
Коэффициент, зависящий от типа передачи и ее расположения, определяем по табл. П.14 />
/>
11. Определение окружной силы
/>
12. Находим площадь поперечного сечения и определяем толщину и ширину ремня
/>
По табл. П6 для прорезиненного ремня принимаем число прокладок />
и толщину ремня (с резиновой прослойкой) />. Ширина ремня
/>
По табл. 6 принимаю />
13. Силу предварительного натяжения ремня определяем по формуле
/>
Напряжение растяжения от предварительного натяжения для плоского ремня />. Принимаем />
/>
14. Вычисляем силы натяжения ветвей ремня
Для ведущей ветви
/>
Для ведомой ветви
/>
16. Силы, действующие на валы и подшипники, определяются по формуле
/>
IV Ориентировочный расчет валов
Конструктивные размеры зубчатой пары.
Диаметр выходного конца вала определяем ориентировочно из расчета на прочность при кручении по заниженным допускаемым касательным напряжениям/>
/>
1. Для ведущего (быстроходного) вала
/>
В соответствии с рядом /> (СТ СЭВ 514-77) принимаю />
Назначаем посадочные размеры под уплотнение и под подшипники
Диаметр вала под манжетное уплотнение />
Диаметр вала под подшипник />
Диаметр вала для обеспечения высоты упорного бортика для посадки подшипников />
2. Для ведомого (тихоходного вала).
/>
Принимаем />
Диаметр вала под манжетное уплотнение />
Диаметр вала под подшипник />
Диаметр вала под посадку ступицы зубчатого колеса />
3. Конструктивные размеры зубчатой пары.
Диаметр ступицы
/>
Принимаем />
Длина ступицы
/>
Принимаем />
Толщина обода
/>
Принимаем />
Колесо изготовляется из поковки, конструкция дисковая. Толщина диска />
Принимаем />
Диаметры отверстий в диске назначаем конструктивно, но не менее />
V Конструктивные размеры корпуса и крышки
Корпус и крышку редуктора изготовим литьем из серого чугуна.
Толщина стенки корпуса
/>
Принимаем />
2. Толщина стенки крышки корпуса редуктора />
Принимаем />
3.Толщина верхнего пояса корпуса редуктора
/>
4.Толщина пояса крышки редуктора
/>
5. Толщина нижнего пояса крышки редуктора
/>
Принимаем />
6. Толщина ребер жесткости корпуса редуктора
/>
Принимаем />
7. Диаметры фундаментных болтов
/>
Принимаем />
8. Ширина нижнего пояса редуктора (ширина фланца для крепления редуктора к фундаменту)
/>
Принимаем/>
9. Диаметр болтов, соединяющих корпус с крышкой редуктора
/>
Принимаем />
10. Ширина пояса (ширина фланца) соединения корпуса и крышки редуктора около подшипников />, принимаем />
Ширину пояса /> назначают на /> меньше />.
Принимаем />
11. Диаметр болтов, соединяющих крышку и корпус редуктора около подшипников
/>
Принимаем />
12. Диаметр болтов для крепления крышек подшипников к редуктору
/>принимаем />
для быстроходного и тихоходного валов.
13. Диаметр отжимных болтов принимаем ориентировочно из диапазона />
14. Диаметр болтов для крепления крышки смотрового отверстия
/>, принимаем />
15. Диаметр резьбы пробки (для слива масла из корпуса редуктора)
/>
Принимаем />
VI Конструктивные размеры валов, подшипниковых узлов
1. Зазор между внутренней боковой стенкой и торцом шестерни или колеса
/>
Принимаем />
Так как />, />берем от торца ступицы
2. Расстояние между внутренней стенкой корпуса (крышки) редуктора и окружностью вершин зубьев колеса и шестерни
/>
Принимаем />
Для обеспечения достаточной вместимости масляной ванны картера редуктора расстояние от окружности вершин зубьев />до внутренней стенки назначают из соотношения
/>
Принимаем />
3. Длины выходных концов быстроходного/> и тихоходного/> валов
/>
Принимаем />
4. Назначаем тип подшипников качения для быстроходного и тихоходного валов, и определяем конструктивные размеры подшипниковых узлов.
Для быстроходного и тихоходного валов выбираем роликовые конические однорядные подшипники легкой серии
Для ведущего вала
Обозначение
/>
D
T
B
C
r
/>
Грузоподъемность, кН
/>
/>
7206
30
62
17,25
16
14
1,5
0,5
29,2
21,9
Для ведомого вала
7208
40
80
19,75
18
16
2
0,8
41,6
32,1
Размер />для быстроходного и тихоходного валов.
Размер />ориентировочно принимаем из соотношения
/>
Принимаем />
/>
Принимаем/>
Расстояние от торца подшипника быстроходного вала до торца шестерни
/>
Принимаем />
Размер />, принимаем />
Осевой размер глухой крышки />
Принимаем />
5. Определяем расстояние /> и /> по длине оси вала от точки приложения сил, возникающих в зубчатом зацеплении, дл точек приложения опорных реакций, которые ориентировочно примем на уровне внутренних торцов подшипников
a)Тихоходный вал
/>
б) Быстроходный вал
/>
Определяем габаритные размеры редуктора
Ширина редуктора
/>/>
Принимаем />
Длина редуктора
/>
Принимаем />
Высота редуктора
/>
VII Проверка прочности валов
Прочность валов проверим по гипотезе наибольших касательных напряжений (III теории прочности)
Быстроходный вал
1. Так как быстроходный вал изготавливают вместе с шестерней, то его материал известен – сталь 45, для которой предел выносливости
/>
2. Допускаемое напряжение изгиба при симметричном цикле напряжений вычисляем по формуле
/>
3/>. Вычерчиваем схему нагружения вала и строим эпюры изгибающих и крутящих моментов.
/>
/>/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
4. Вычисляем наибольшие напряжения изгиба и кручения для опасного сечения
Суммарный изгибающий момент
/>
Следовательно,
/>
/>
Определяем эквивалентное напряжение по гипотезе наименьших касательных напряжений и сравниваем его с допускаемым:
/>
Что значительно меньше />/>
Тихоходный вал
1. Материал для изготовления тихоходного – сталь 35, для которой по табл. П3 при />/> и, следовательно, предел выносливости
/>
2/>. Дополнительное напряжение изгиба
/>, />, />
/>
3. Вычерчиваем схему нагружения вала и строим эпюры изгибающих и крутящих моментов
/>/>
/>
/>
4. Вычисляем наибольшие напряжения изгиба и кручения для опасного сечения
Суммарный изгибающий момент
/>
Диаметр вала в опасном сечении/>ослаблен шпоночной канавкой. Поэтому в расчет следует ввести значение/>на />
Принимая /> — расчетный диаметр вала в опасном сечении, получаем
/>
/>
Определяем эквивалентное напряжение по гипотезе наименьших касательных напряжений и сравниваем его с допускаемым:
/>
Что значительно меньше />/>
VIII Подбор шпонок и проверочный расчет шпоночных соединений
Быстроходный вал
Для консольной части вала при /> по табл. П.49 подбираем призматическую шпонку />. Длину шпонки принимаем из ряда стандартных длин так, чтобы она была меньше длины посадочного места вала /> на /> и находилась в границах предельных размеров длин шпонок. Принимаем /> длина шпонки со скругленными торцами.
Расчетная длина шпонки
/>
Допускаемое напряжение смятия />
Расчетное напряжение смятия:
/>
Принимаем шпонку /> (СТ СЭВ 189-75).
Тихоходный вал.
1. Для выходного конца вала при /> по табл. П 49 принимаем призматическую шпонку />. При /> из ряда стандартных длин для шпонки со скругленными торцами />. Расчетная длина шпонки
/>
Расчетное напряжение смятия
/>
Принимаем шпонку /> (СТ СЭВ 189-75).
2. Для вала под ступицу зубчатого колеса при /> принимаем призматическую шпонку />. Так как />, то следует принять длину шпонки со скругленными торцами />. Расчетная длина шпонки
/>
Расчетное напряжение смятия
/>
Принимаем шпонку /> (СТ СЭВ 189-75).
IX Подбор подшипников
1) Принимаем для быстроходного вала по табл. 43 роликоподшипник легкой серии 7206
2) Принимаем для тихоходного вала по табл. П. 43 роликоподшипник легкой серии 7208
Обозначение
/>
D
T
B
C
r
/>
Грузоподъемность, кН
/>
/>
7206
30
62
17,25
16
14
1,5
0,5
29,2
21,9
7208
40
80
19,75
18
16
2
0,8
41,6
32,1
X Посадка деталей и сборочных единиц редуктора
Внутренние кольца подшипников насаживаются на валы с натягом, значение которого соответствует полю k6, а наружные кольца в корпус – по переходной посадке, значение которого соответствует полю H7.
Для ступицы детали, насаживаемой на выходной конец (шкив, звездочка, полумуфта и др.) и для ступицы зубчатого колеса принимаем посадки с натягом, значение которого соответствует полю k6, H7/p6.
XI Смазка зубчатых колес и подшипников.
Для тихоходных и среднескоростных редукторов смазка зубчатого колеса осуществляется погружением зубчатого колеса в масленую ванну картера, объем которой /> подшипники качения обычно смазываются из общей масляной ванны редуктора путем разбрызгивания масла вращающимся зубчатым колесом.
По табл. 4 при /> принимаем масло марки И-100А, которое заливается в картер редуктора с таким расчетом, чтобы зубчатое колесо погружалось в масло не менее, чем на высоту зуба.
XII Вычерчивание общего вида редуктора
1. На листе чертежной бумаги вычерчивают рамку A1: 594x841 мм обрамляющей линии рамки.
2. В нижнем правом углу (по основанию 841 мм, или по основанию 594 мм) вычерчивают основную надпись.
3. В масштабе 1:1 вычерчивают общий вид редуктора по данным, полученным из расчета.
4. Спецификацию первого листа составляем по стандарту ГОСТ 2. 106-96 Ф1
Спецификацию второго по стандарту ГОСТ 2.106-96 Ф1а.
Список использованной литературы
1. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование.: учебное пособие для техникумов – 2-е изд. М.: Высшая школа, 1990, 399 с
2. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие для учащихся машиностроительных специальностей техникумов /С.А. Чернавский, К.Н. Боков, И.М. Чернин и др. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1988.-416 с.
3. Устюгов И.И… Детали машин: Учеб. пособие для учащихся техникумов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. Школа, 1981. – 399 с.