МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТим. Н.Е. ЖУКОВСКОГО
«ХАИ»Курсовойпроект по дисциплине«Деталимашин»
Выполнил:
студент 432 гр.
Мищенко А.С.
Консультировал:
Профессор Доценко В.Н
Харьков2011
СОДЕРЖАНИЕВведение
1. Расчет первой передачи редуктора
1.1 Проектировочный расчет
1.2 Проверочный расчёт
2. Проверочный расчет второй передачи редуктора
3. Расчет третей передачи редуктора
3.1 Проектировочный расчет
3.2 Проверочный расчёт
4. Проверочный расчет четвертой передачи редуктора
5. Расчет передачи заднего хода редуктора (шестерня–шестерня паразитная)
5.1 Проектировочный расчет
5.2 Проверочный расчёт
6. Расчет передачи заднего хода редуктора (шестерняпаразитная — колесо)
6.1 Проектировочный расчет
6.2 Проверочный расчёт7. Расчет валов7.1 Расчет вала-шестерни7.1.1 Проектировочный расчет вала-шестерни7.1.2 Проверочный расчет вала-шестерни
8. Подбор подшипников
9. Расчет шлицов
Список используемой литературы
Введение
Редуктор —неотъемлемая составная часть современного оборудования.
Редуктором называют механизм, выполненный в виде отдельногоагрегата, служащий для понижения угловой скорости и соответственно повышениякрутящих моментов.
К коробкампередач относят редукторы, у которых кроме передач имеются механизмы,обеспечивающие ступенчатое изменение частоты вращения ведомого вала. Частотавращения ведомого вала изменяется при помощи кулачковых и фрикционных муфт,включением определенных колес или передвижением их вдоль одного вала до ввода взацепление с колесами на параллельном валу.
Главнойособенностью проектирования является необходимость вписывания разных ступенейпередач в определенное межосевое расстояние при заданных частотах вращенияведомого вала и размещение в коробке механизмов переключения скоростей.
В коробкахпередач транспортных машин передаточные числа выбираются в соответствии соптимальными тяговыми характеристиками и экономичным расходованием топлива.Межосевое расстояние определяется по максимальному вращающему моменту.Профильный угол иногда делают больше />, углы наклона косых зубьев />
Привыполнении курсового проекта находят практическое применение основные разделыкурса ''Конструирование машин и механизмов'', такие как расчеты зубчатыхпередач различных типов, разъемных и неразъемных соединений, валов, выборподшипников, материалов и термообработок, масел, посадок, параметровшероховатости и т.д.
Заданиемкурсового проекта является проектирование и проверочный расчет КПП МТ-10.
/>Перечень условных обозначений, сокращений исимволов
/> —частота вращения, об/мин;
/>— момент, Н·м;
/> — ресурсдолговечности, ч;
/> — передаточноеотношение;
/> —крутящий момент, Н·м;
/> —коэффициент полезного действия;
/> —число зубьев;
/> — допускаемоеконтактное напряжение, Мпа;
/> — допускаемоеизгибное напряжение, МПа;
/> — коэффициентбезопасности;
/> — коэффициентдолговечности;
/> — пределконтактной выносливости, МПа;
/> — пределизгибной выносливости, МПа;
/> — базовоечисло циклов перемены напряжений;
/> — расчетноечисло циклов перемены напряжений;
/> — коэффициентнеравномерности распределения нагрузки по длине контактных линий;
/> — коэффициентдинамической нагрузки;
/> — коэффициентрасчетной нагрузки;
/> —коэффициент, учитывающийшероховатость переходной поверхности зуба;
/>—коэффициент,учитывающий чувствительность материала к концентрации
/> — модульзацепления;
/> — коэффициентширины зубчатого колеса;
/> — делительныйдиаметр зубчатого колеса, мм;
/> — диаметрокружности вершин зубчатого колеса, мм;
/> — диаметрокружности впадин зубчатого колеса, мм;
/> —ширина венца зубчатого колеса, мм;
/> — межосевоерасстояние, мм;
/> — удельнаярасчетная окружная сила, Н;
/> — коэффициент,учитывающий форму сопряженных поверхностей зубьев;
/> — коэффициент,учитывающий механические свойства материалов сопряженных колес;
/> — коэффициент,учитывающий суммарную длину контактных линий;
/> — коэффициентсмещения исходного контура;
/> — коэффициенттрения в зацеплении;
/> —коэффициентпотерь в зубчатом зацеплении;
/> — коэффициентдинамичности;
/> — запаспрочности по нормальным напряжениям;
/> — запаспрочности по касательным напряжениям;
/> —общий запас прочности;
/> — окружнаясила, H;
/> — радиальнаясила, H;
/>—эквивалентная нагрузка на подшипник, H;
/> —динамическая грузоподъемность подшипника.
1. Расчет первой передачиредуктора
1.1ПроектировочныйрасчетИсходные данные:
Количествозубьев шестерни: />;
Количествозубьев колеса: />;
Требуемоепередаточное отношение: />,6;
Частотавращения шестерни: />;
КПДподшипников качения :/>;
КПД передачи:/>;
Срок службы: />.
Таблица 1.1Элемент передачи Марка стали Термообработка Заготовка
/>
/> Твердость поверхности Шестерня 20Х2Н4А Цементация поковка 1400 1200 65HRCэ Колесо 20Х2Н4А Цементация поковка 1400 1200 63HRCэ
Определениечисла циклов перемены напряжений шестерни и колеса:
/>
/>, где
/> - количествоконтактов зубьев шестерни и колеса за один оборот, (/>=1), тогда:
/> , />, />;
/>, />, />,
Определениедопускаемых напряжений:
а)контактных:
/>,
где /> - пределконтактной выносливости,
/> - коэффициентбезопасности, /> - коэффициент долговечности,тогда
/> ,
так как /> и />, то/>, а />, />,
для колеса -/>,
/>
для шестерни- />,
/>,
в качестверасчётного принимаем />;
б) изгибные:
/>, где
/>, тогда
/>,
/>, так как />, то />, />,
/>,
/>;
в) предельные:
/>,
/>.
Определениекоэффициентов расчётной нагрузки:
Коэффициенты расчётной нагрузки соответственно при расчётахна контактную и изгибную выносливость равны:
/>,
/>,
где,
kА=1- коэффициент внешнегодинамического нагружения для случая равномерно нагруженного движения;
/> -коэффициенты неравномерности распределения нагрузки по длине контактных линий(при НВ>350),
/> - коэффициентдинамической нагрузки для 8-ой степени точности,
kHa= kFa=1
/>,
/>.
Определение начального диаметра шестерни
/>,
где, />,
X=0.0061(100-Z)
X1=0.549, X2=0.4
/>
/>=0.064956, />
/>, />,
/>, />
/>
/> - коэффициентширины шестерни относительно её диаметра,
/>, тогда
/>.
Определение модуля зацепления
/>
Принимаемm=2.75мм, тогда
/>,
Mежосевое расстояние: />.
1.2Проверочный расчёт
Проверкапередачи на контактную прочность:
/>,
где,
/> -коэффициент, учитывающий форму сопряжённых поверхностей зубьев,
/> - угол наклонапрямого зуба,/> — угол профиля зуба рейки, длястальных колес Е2= Е3=2,1 105 МПа,
Zm=275 МПа1/2-коэффициент учитывающийсвойства колес;
Прикоэффициентах смещения X1 ,X2, коэффициент формысопряженных поверхностей зубьевZH=1.494.
/> -коэффициент, учитывающий суммарную длину контактных линий, так как колесопрямозубое, то />;
Определим окружнуюскорость:
/>,
уточнимкоэффициент расчётной нагрузки:
/>, где
/> - удельнаяокружная динамическая сила, где
/> - коэффициент,учитывающий влияние вида зубчатой передачи и модификации профиля зубьев,
/> - коэффициент,учитывающий влияние разности основных шагов зацепления зубьев шестерни иколеса, тогда
/>,
/> - удельнаярасчётная окружная сила в зоне наибольшей концентрации, где
/>/> - полезная окружнаясила,
/> - шириназубчатого венца, тогда
/>,
следовательно:/>,
/>,
/>,
определяем удельную расчётную окружную силу:
/>,
/>,
Недогруз составляет2.1%. что допустимо.
Проверказубьев передачи на изгибную выносливость
/>.
а) Определим коэффициенты формы зубьев шестерни и колеса:
/> для />,
/> для />,
/>, />.
б) Проверяемна прочность зуб шестерни:
/>,
/>, где
/> - коэффициент,учитывающий перекрытие зубьев, при 8-ой степени точности,
/> - коэффициент,учитывающий наклон зубьев, тогда
/>/>.
Проверка наконтактную и изгибную прочность при действии максимальной нагрузки (проверка наперегрузку, на предотвращение пластической деформации или хрупкого излома):
/>,
/>;
Конструированиезубчатого колеса и шестерни
Определениегеометрических и других размеров шестерни и колеса
— диаметрвершин зубьев:
/>,
/>,
- диаметрвпадин зубьев:
/>,
/>
2.Проверочный расчет второй передачи редуктора
Так какшестерня второй передачи выполнена заодно с валом, то мы проводим лишьпроверочный расчетИсходные данные:
Количествозубьев шестерни: /> ;
Количествозубьев колеса: /> ;
Требуемоепередаточное отношение: />;
Частотавращения шестерни: />;
КПДподшипников качения :/>;
КПД передачи:/>;
Срок службы: />.
1.Проверкапередачи на контактную выносливость:
/>
X=0.0061(100-Z)
X1=0.5246, X2=0.4148
/>
/>=0.064956, />
/>, />,
/>, />
/>
Окружнаяскорость:
/>
Коэффициентрасчетной нагрузки:
/>
/>
Принимаем: />
/>
/>
/>
Определяемудельную расчетную окружную силу:
/>
/>
Недогрузкаравна 17%.
2.Проверка передачина изгибную выносливость:
/>;
/>, для />;
/> , для />;
/> ; /> .
/>
/>
/>
/>
/>
3.Проверка наконтактную и изгибную прочность при действии максимальной нагрузки (проверка наперегрузку, на предотвращение пластической деформации или хрупкого излома):
/>,
/>;
4. Определениегеометрических размеров шестерни и колеса:
/>
/>
5. Определяемдиаметр отверстия под вал в колесе:
/>
/>
Конструктивнопринимаем диаметр вала 22 мм.
3. Расчеттретей передачи редуктора
3.1ПроектировочныйрасчетИсходные данные:
Количествозубьев шестерни: /> ;
Количествозубьев колеса: /> ;
Требуемоепередаточное отношение: />;
Частотавращения шестерни: />;
КПДподшипников качения :/>;
КПД передачи:/>;
Срок службы: />.
/>Элемент передачи Марка стали Термообработка Заготовка
/>
/> Твердость поверхности Шестерня 40ХН Объемная закалка поковка 1600 1400 56HRCэ Колесо 40ХН Объемная закалка поковка 1600 1400 55HRCэ
Определениечастот вращения и угловых скоростей валов:
— ведущего:
/>;
— ведомого:
/> .
Базовое числоциклов перемены напряжений шестерни и колеса:
/>
Определениечисел циклов перемены напряжений шестерни и колеса:
/>;
/>;
/>
/>.
Определениедопускаемых напряжений:
а) контактные:
/>;
где:/>;
/>;
/> ;
/>
/>;
/>;
В качестверасчетного принимаем />.
б) изгибные:
/>,
где:/>;
/>, т.к. />;
/>;
/>.
в) предельные:
/>
/>
8.Определениекоэффициентов расчетной нагрузки:
/>
При твердости/> , 8-ойстепени точности и />
/>;
Принимаем />;
/>
/>
9.Определимначальный (делительный) диаметр шестерни:
/>
где:/>,
X=0.0061(100-Z)
X1=0.5063, X2=0.4331
/>
/>=0.02976981, />
/>, />,
/>, />
/>
/>
Изконструктивных соображений />.
10.Модульзацепления:
/>
По ГОСТ9563-60 />,тогда
/>/>3.2 Проверочный расчет
1.Проверкапередачи на контактную выносливость:
/>
Предварительноустанавливаем следующие параметры:
/> для прямозубых колес.
Окружнаяскорость:
/>
Коэффициентрасчетной нагрузки:
/>
/>
Принимаем: />
/>
/>
/>
Определяемудельную расчетную окружную силу:
/>
/>
Недогрузкаравна 1.6%.
2.Проверка передачина изгибную выносливость:
/>;
/>, для />;
/> , для />;
/> ; /> .
/>
/>
/>
/>
3.Проверка наконтактную и изгибную прочность при действии максимальной нагрузки (проверка наперегрузку, на предотвращение пластической деформации или хрупкого излома):
/>
Определениегеометрических размеров шестерни и колеса:
/>
/>
4.Проверочный расчет четвертой передачи редуктораИсходные данные:
Количествозубьев шестерни: /> ;
Количествозубьев колеса: /> ;
Требуемоепередаточное отношение: />;
Частотавращения шестерни: />;
КПДподшипников качения :/>;
КПД передачи:/>;
Срок службы: />.
1.Проверкапередачи на контактную выносливость:
/>
X=0.0061(100-Z)
X1=0.4758, X2=0.4638
/>
/>=0.2977, />
/>, />,
/>, />
/>
Окружнаяскорость:
/>
Коэффициентрасчетной нагрузки:
/>
/>
Принимаем: />
/>
/>
/>
Определяемудельную расчетную окружную силу:
/>
/>
Недогрузкаравна 0,4%.
2.Проверка передачина изгибную выносливость:
/>;
/>, для />;
/> , для />;
/> ; /> .
/>
/>
/>
/>
3.Проверка наконтактную и изгибную прочность при действии максимальной нагрузки (проверка наперегрузку, на предотвращение пластической деформации или хрупкого излома):
/>,
/>;
6. Определениегеометрических размеров шестерни и колеса:
/>
/>передача редукторшестерня
5. Расчет передачизаднего хода редуктора (шестерня – шестерня паразитная) 5.1Проектировочный расчетИсходные данные:
Количествозубьев шестерни: />;
Количествозубьев колеса: />;
Требуемоепередаточное отношение: />;
Частотавращения шестерни: />;
КПДподшипников качения :/>;
КПД передачи:/>;
Срок службы: />.
Таблица 5.1Элемент передачи Марка стали Термообработка Заготовка
/>
/> Твердость поверхности Шестерня 20Х2Н4А Цементация поковка 1400 1200 65HRCэ Колесо 20Х2Н4А Цементация поковка 1400 1200 63HRCэ
Определениечисла циклов перемены напряжений шестерни и колеса:
/>
/>
/> , />, />;
/>, />, />,
Определениедопускаемых напряжений:
а)контактных:
/>, /> ,
так как /> и />, то/>, а />, />,
для колеса -/>,
/>
для шестерни- />,
/>,
в качестверасчётного принимаем />;
б) изгибные:
/>, так как />, то />, />,
/>,
/>;
в) предельные:
/>,
/>.
Определениекоэффициентов расчётной нагрузки:
Коэффициенты расчётной нагрузки соответственно при расчётахна контактную и изгибную выносливость равны:
/>
/>
/>
/>,
kHa= kFa=1
/>,
/>.
Определение начального диаметра шестерни
/>,
где, />,
X=0.0061(100-Z)
X1=0.56, X2=0.51
/> />=0.08678, />
/>, />,
/>, /> />
/> - коэффициентширины шестерни относительно её диаметра,
/>
/>.
Определение модуля зацепления
/>
Принимаемm=2.75мм, тогда
/>,
Mежосевое расстояние: />.
5.2Проверочный расчёт
Проверкапередачи на контактную прочность:
/>,
/>
Zm=275 МПа1/2
/>
Определим окружнуюскорость:
/>,
уточнимкоэффициент расчётной нагрузки:
/>
/>
/>
/>
/>,
/>
/>/>
/>
/>,
следовательно:/>,
/>,
определяем удельную расчётную окружную силу:
/>,
/>,
Недогрузсоставляет 0,7%. что допустимо.
Проверказубьев передачи на изгибную выносливость
/>.
а) Определим коэффициенты формы зубьев шестерни и колеса:
/> для />,
/> для />,
/>, />.
б) Проверяемна прочность зуб шестерни:
/>,
/>, где
/>
/>
/>/>.
Проверка наконтактную и изгибную прочность при действии максимальной нагрузки (проверка наперегрузку, на предотвращение пластической деформации или хрупкого излома):
/>,
Конструированиезубчатого колеса и шестерни
Определениегеометрических и других размеров шестерни и колеса
— диаметрвершин зубьев:
/>,
/>,
- диаметрвпадин зубьев:
/>,
/>
6.Расчет передачи заднего хода редуктора (Шестерня паразитная — колесо)
6.1ПроектировочныйрасчетИсходные данные:
Количествозубьев шестерни: />;
Количествозубьев колеса: />;
Требуемоепередаточное отношение: />;
Частотавращения шестерни: />;
КПДподшипников качения :/>;
КПД передачи:/>;
Срок службы: />.
Таблица 6.1Элемент передачи Марка стали Термообработка Заготовка
/>
/> Твердость поверхности Шестерня 20Х2Н4А Цементация поковка 1400 1200 65HRCэ Колесо 20Х2Н4А Цементация поковка 1400 1200 63HRCэ
Определениечисла циклов перемены напряжений шестерни и колеса:
/>
/>
/> , />, />;
/>, />, />,
Определениедопускаемых напряжений:
а)контактных:
/>,
/> ,
так как /> и />, то/>, а />, />,
для колеса -/>,
/>
для шестерни- />,
/>,
в качестверасчётного принимаем />;
б) изгибные:
/>, так как />, то />, />,
/>,
/>;
в) предельные:
/>,
/>.
Определениекоэффициентов расчётной нагрузки:
Коэффициенты расчётной нагрузки соответственно при расчётахна контактную и изгибную выносливость равны:
/>
/>
/>
/>,
kHa= kFa=1
/>,
/>.
Определение начального диаметра шестерни
/>,
где, />,
X=0.0061(100-Z)
X1=0.51, X2=0.427
/>
/>
/>, />,
/>, /> />
/> - коэффициентширины шестерни относительно её диаметра,
/>.
Определение модуля зацепления
/>
Принимаемm=2.75мм, тогда
/>,
Mежосевое расстояние: />.
6.2Проверочный расчёт
Проверкапередачи на контактную прочность:
/>,
/>
Zm=275 МПа1/2
/>
Определим окружнуюскорость:
/>,
уточнимкоэффициент расчётной нагрузки:
/>
/>
/>
/>
/>,
/>
/>/>
/>
/>,
следовательно:/>,
/>,
определяем удельную расчётную окружную силу:
/>,
/>,
Проверказубьев передачи на изгибную выносливость
/>.
а) Определим коэффициенты формы зубьев шестерни и колеса:
/> для />,
/> для />,
/>, />.
б) Проверяемна прочность зуб шестерни:
/>,
/>, где
/>
/>
/>/>.
Проверка наконтактную и изгибную прочность при действии максимальной нагрузки (проверка наперегрузку, на предотвращение пластической деформации или хрупкого излома):
/>,
Конструированиезубчатого колеса и шестерни
Определениегеометрических и других размеров шестерни и колеса
— диаметрвершин зубьев:
/>,
/>,
- диаметрвпадин зубьев:
/>,
/>
7.Расчет валов
7.1Расчет вала-шестерни 7.1.1Проектировочный расчет вала-шестерни
Примем вкачестве материала для рассчитываемого вала сталь 20Х2Н4А (/>);
Принимаемусловное допускаемое напряжение кручения />
/>
Уточненный расчет на изгиб с кручением
Расчетнаясхема вала имеет вид :
/>
Длинырасчетных участков:
/>
На валдействуют следующие нагрузки:
— Окружныесилы: />
— Радиальныесилы: />
Рассмотримотдельно нагрузки, действующие в плоскости Х и Y и построим эпюрыизгибающих моментов в этих плоскостях:
Эпюра изгибающих моментов от действия окружныхсил:
/>
/>
/>
Эпюра изгибающих моментов от действия радиальныхсил:
/>
/>
Определимсуммарный изгибающий момент по формуле:
/>;
/>;
/>;
/>.
/>
Определимприведенный момент по формуле:
/>;
/>;
/>;
/>;
/>.
/>
7.2Проверочный расчет вала-шестерни
/>
Определимнормальные /> икасательные /> напряженияв рассматриваемом сечении вала при действии максимальных нагрузок:
/>/>
/>-крутящиймомент;
/>-суммарныйизгибающий момент;
/>-осевая сила;
/>-площадьпоперечного сечения.
/>-моментинерции при расчетах на жесткость (осевой)
/>
/>
/>/>
Частныекоэффициент запаса прочности:
/>
Общийкоэффициент запаса прочности попределу текучести:
/>
/>
8.Подбор подшипников
Определяемрасчетный ресурс (долговечность) подшипника, ч:
/>
где р –показатель степени: р=3 – для шарикоподшипников,
а23 – коэффициент,характеризующий совместное влияние на долговечность особых свойств металла: а23=0.7
Подшипникпригоден, если расчетный ресурс больше или равен требуемому.
По ГОСТ 8338-75подберем радиальные шарикоподшипники.
/>
1.Вал – шестерня:
d=17мм, n=5200об/мин, RE=Fr1=19.54H, Lh=1000ч.
Возьмемподшипник 303(d=17мм,D=47мм, B=14мм, С=1090кгс, n=12500 об/мин.)
/>
Подшипникподходит.
9.Расчет шлицев
Расчет изусловия общности форм упрощенного и уточненного расчетов проводим пономинальным условным допускаемым напряжениям от наибольшего длительнодействующего вращающего момента в предположении равномерного распределениядавления по поверхности зубьев.
/>
где /> — крутящиймомент;
/> -длинасоединения;
/>-высота зуба;
1. Рассчитаемэвольвентные шлицы на выходном валу планетарной передачи(/>).
/>;
/>;
/>;/>;
/>.
2.Расчет шлицевой муфты
(/>).
Ψ=0.75
/>;
/>;
/>;/>;
/>
4.Расчет шлицевой муфтывключения передачи
(/>).
Ψ=0.75
/>;
/>;
/>;/>;
/>
5.Расчет шлицевой муфтывключения передачи
(/>).
Ψ=0.75
/>;
/>;
/>;/>;
/>
10.Проверочныйрасчет втулок
/>
/>
Список используемойлитературы1. Иванов М.Н. Детали машин. Учебн.М.: Высшая школа, 1984,336с.
2. Ткаченко В.А. Проектирование многосателлитныхпланетарных передач. Х., ХГУ,1961, 132с.
3. Полетучий А.И. Волновые зубчатые передачи.Харьков, ХАИ, 1979, 106с.
4. Расчеты и проектирование зубчатых передач.Артеменко Н.П., Волошин Ю.И., Ефоян А.С., Рыдченко В.М.- Харьков: ХАИ, 1980.-113с.
5. Анурьев В.И. Справочникконструктора-машиностроителя. В 3-х томах. М.: Машиностроение, 1979.
6. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин.Курсовое проектирование. – 3-е издание, перераб. и доп. – М.: Машиностроение,2002.-536 с., ил.
7. Безручко К.В., Гайдуков В.Ф., Губин С.В., Драновский В.И., КарповЯ.С., Туркин И.Б… Солнечные батареи автоматических космическихаппаратов.-Харьков: Национальный аэрокосмический университет 'ХАИ', 2001.-276с.
8. Решетов Д.Н. Детали машин: Учебник длястудентов машиностроительных и механических специальностей вузов.-4-е изд.,перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1989.- 496 с.: ил.