Министерствообразования и науки Российской Федерации.
Федеральноеагентство по образованию.
Государственноеобразовательное учреждение высшего профессионального образования.
Самарскийгосударственный технический университет.
Кафедра:«Прикладная механика»Курсовой проект по механике
Студент 2 –ХТ – 2
Руководитель:к. т. н., доцент
Cамара,
2004 г.
Техническоезадание №65.
Коническая передача.
Частота вращения валаэлектродвигателя:/>/>.
Вращающий момент навыходном валу редуктора:/>.
Частота вращениявыходного вала: />.
Cрок службы редуктора в годах: />.
Коэффициент загрузкиредуктора в течение года: />.
Коэффициент загрузкиредуктора в течение суток:/>.
/>
Содержание
1. Введение_________________________________________________________4
2. Кинематический и силовой расчётпривода__________________________4
2.1 Определение частот вращения валовредуктора______________________4
2.2. Расчёт чисел зубьев колёс________________________________________4
2.3. Определение фактическогопередаточного отношения_______________5
2.4. Определение КПД редуктора_____________________________________5
2.5. Определение номинальныхнагрузочных моментов на каждом валу, схема механизма___________________________________________________5
2.6. Расчёт потребной мощности ивыбор электродвигателя, его размеры___5
3. Выбор материалов и расчёт допускаемыхнапряжений_________________7
3.1. Определение твёрдостиматериалов, выбор материала для зубчатого колеса____________________________________________________________7
3.2. Расчет допускаемых напряжений _________________________________7
3.3. Допускаемые напряжения наконтактную выносливость______________7
3.4. Допускаемые напряжения наизгибную выносливость________________8
4. Проектный и проверочный расчётпередачи__________________________8
4.1. Вычисление предварительногоделительного диаметра шестерни______8
4.2. Вычисление предварительногомодуля передачи и уточнение его по ГОСТу___________________________________________________________8
4.3. Расчёт геометрических параметровпередачи_______________________8
4.4. Проверочный расчёт передачи___________________________________9
4.5. Усилия в зацеплении___________________________________________9
5. Проектный расчёт вала и выборподшипников ______________________12
6. Эскизная компоновка и расчёт элементовконструкции_______________12
6.1. Расчёт зубчатого колеса________________________________________12
6.2. Расчёт элементов корпуса______________________________________13
6.3. Расчёт мазеудерживающих колец_______________________________13
6.4. Расчёт крышки подшипников__________________________________13
6.5. Выполнение компоновочногочертежа__________________________13
7. Подбор и проверочный расчёт шпоночныхсоединений _______________14
8. Проверочный расчёт вала наусталостную выносливость______________15
9. Проверочный расчёт подшипниковвыходного вала на долговечность___18
10. Подбор и расчет соединительноймуфты___________________________19
11. Смазывание редуктора__________________________________________19
12. Сборка и регулировка основныхузлов редуктора___________________20
13. Список используемой литературы________________________________22
14. Приложения__________________________________________________23
Введение.
Редуктором называютмеханизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в видеотдельного агрегата и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валурабочей машины.
Назначение редуктора –понижение угловой скорости и соответственно повышение вращающего моментаведомого вала по сравнению с ведущим.
Редуктор состоит изкорпуса (литого чугунного или сварного стального), в котором помещают элементыпередачи – зубчатые колеса, валы, подшипники и т.д. В отдельных случаях вкорпусе редуктора размещают также устройства для смазывания зацеплений иподшипников или устройства для охлаждения.
Редукторы классифицируютпо следующим основным признакам: типу передачи (зубчатые, червячные илизубчато-червячные); числу ступеней (одноступенчатые, двухступенчатые и т.д.);типу зубчатых колес (цилиндрические, конические, коническо-цилиндрические ит.д.); относительному расположению валов редуктора в пространстве(горизонтальные, вертикальные); особенностям кинематической схемы (развернутая,соосная, с раздвоенной ступенью и т.д.).
Конические редукторыприменяют для передачи движения между валами, оси которых пересекаются обычнопод углом 90. Передачи с углами, отличными от 90, встречаются редко.
Наиболее распространённыйтип конического редуктора — редуктор с вертикально расположенным тихоходнымвалом. Возможно исполнение редуктора с вертикально расположенным быстроходнымвалом; в этом случае привод осуществляется от фланцевого электродвигателя
Передаточное число u одноступенчатых коническихредукторов с прямозубыми колёсами, как правило, не выше 3; в редких случаях u = 4.При косых или криволинейныхзубьях u = 5 (в виде исключения u = 6.3).
У редукторов сконическими прямозубыми колёсами допускаемая окружная скорость (по делительнойокружности среднего диаметра) v ≤ 5 м/с.При более высоких скоростях рекомендуют применять конические колёса с круговымизубьями, обеспечивающими более плавное зацепление и большую несущуюспособность.
2 Кинематическийи силовой расчет привода.
2.1 Определениечастот вращения валов редуктора:
/>.
Частота вращения первого(входного) вала: />.
Частота вращения второго(выходного) вала:/>.
2.2 Расчётчисел зубьев передач.
Расчётное число зубьевшестерни /> определяютв зависимости от величины передаточного отношения />передачи:
/>
Значение /> округляют до целогочисла /> поправилам математики: />.
Расчётное число зубьевколеса />,необходимое для реализации передаточного числа />, определяют по зависимости: />.
Значение /> округляют до целогочисла />:/>.
2.3 Определениефактического передаточного отношения:
/>.
2.4 ОпределениеКПД редуктора.
Для конического редуктора/>.
Вращающий (нагрузочный)момент на выходном валу редуктора:/>.
На входном валу: />.
2.5 Определениеноминальных нагрузочных моментов на каждом валу, схема механизма.
Мощность на выходном валуредуктора, кВт:
/> кВт/>, где:
/> - вращающий момент выходноговала,
/> - частота вращения выходноговала.
Расчетная мощностьэлектродвигателя:
/>,
Данному /> соответствует мощность/>=5,5 кВт, т.е.электродвигатель типа 112М4.Габаритные размеры, мм Установочные и присоединительные размеры, мм
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/> 372 452 310 190 32 32 80 70 140 190 12
3 Выборматериалов и расчет допускаемых напряжений для конических передач.
3.1 Определениетвёрдости материалов, выбор материала для зубчатого колеса.
Марку стали можно выбратьв зависимости от твердости />. Ориентировочно твердость сталиможно определить по зависимости:
/>, где:
/> — вращающий момент на входном валуредуктора, Нм;
/> — диаметр вала электродвигателя,мм.
Величину HB округляем до целого числа (в большуюсторону), кратного 10: />HB=200. По таблице марка стали: сталь 45, вид термообработки –улучшение, предел прочности />, предел текучести />.
3.2 Расчетдопускаемых напряжений.
Исходя из условийэксплуатации и видов повреждений зубчатых колес рассчитывают допускаемыенапряжения на контактную /> и изгибную /> выносливость длянаиболее слабого звена в передаче.
Таким звеном дляконических передач является шестерня, испытывающая наибольшее количество цикловнагружения в течение заданного срока службы привода L.
Для определенияфактического числа циклов нагружения ведущей шестерни за весь периодэксплуатации /> необходимо знать суммарное времяработы передачи в часах />, определяемое по формуле:
/>, где:
/> - срок службы редуктора в годах,
/> - коэффициент загрузки редукторав течение года,
/> - коэффициент загрузки редукторав течение суток.
/> определяется из формулы:
/>, где:
/> — частота вращения вала шестерни.
3.3 Допускаемыенапряжения на контактную выносливость.
Допускаемые напряжения наконтактную выносливость /> определяют по формуле:
/>МПа, где:
/> — предел контактной выносливости,МПа; определяют по зависимости:
/>МПа;
/> - коэффициент запаса контактнойпрочности;
/> - коэффициент долговечности;рассчитывают по зависимости:
/>, здесь /> - базовое число циклов:
/>
Диапазон значений /> находится впределах: />.Т.к. рассчитанный коэффициент />, то принимаем />.
3.4 Допускаемыенапряжения на изгибную выносливость.
Допускаемые напряжения наизгибную выносливость /> определяют по формуле:
/>МПа, где:
/> — предел изгибной выносливости,МПа; определяют в зависимости от твердости материала HB:
/>МПа,
/> - коэффициент запаса изгибнойпрочности;
/> - коэффициент долговечности;рассчитывают по зависимости:
/>, здесь /> - базовое число циклов.
Диапазон значений /> находится впределах: />.Т.к. рассчитанный коэффициент />, то принимаем />.
4 Проектныйи проверочный расчёт передачи.
4.1 Вычислениепредварительного делительного диаметра шестерни.
Рассчитываем основныегеометрические параметры из условия контактно- усталостной прочности активныхповерхностей зубьев (с точностью 0,01 мм – для линейных величин, 0,0001 град – для угловых величин):
Внешний делительныйдиаметр шестерни (предварительное значение) />, мм:
/>мм, где:
/> - коэффициент нагрузки,учитывающий неравномерность ее распределения; в курсовом проектировании сдостаточной степенью точности можно принять />.
4.2 Вычислениепредварительного модуля передачи и уточнение его по ГОСТу:
/>.
По расчетной величине /> принимаемближайшее большее стандартное значение модуля: />, />
4.3 Расчётгеометрических параметров передачи
4.3.1 Внешнее конусное расстояние />, мм:
/>.
4.3.2 Диаметр внешней делительной окружностишестерни /> иколеса />,мм:
/>,
/>.
4.3.3 Диаметр внешней окружности вершинзубьев шестерни /> и колеса />, мм:
/>,
/>, где:
/> и /> - углы делительных конусов,град., равные:
/>,
/>.
4.3.4 Расчетная ширина /> зацепления колес, мм:
/>.
Расчетное значение /> округляем доцелого числа b в большую сторону. Ширина зубчатыхколес принимается равной:
/>.
4.3.5 Внешняя высота зуба />, мм:
/>.
4.3.6 Внешняя высота головки зуба />, мм:
/>
Для исключения возможныхошибок в вычислениях при проектном расчете проверяют выполнение условияконтактной выносливости:
/>
/>МПа.
Условие выполняется,значит, расчет верен.
4.4 Проверочныйрасчет передачи.
Определяем рабочиеизгибные напряжения, которые должны быть не больше допускаемых, по зависимости:
/>,
/>МПа, где:
/> - коэффициент нагрузки приизгибе, учитывающий неравномерность ее распределения и динамичный характер; вкурсовом проектировании для колес 7-ой степени точности изготовления можнопринять />
/> - коэффициент формы зубьевшестерни, определяется по зависимости:
/>
Условие изгибнойпрочности выполняется, расчет верен.
4.5 Усилия взацеплении.
Для последующих расчетовпо оценке работоспособности валов и подшипников определяют силы, возникающие взацеплении при передаче вращающего момента и действующие на шестерню(обозначены индексом 1) и колесо (обозначены индексом 2):
· окружная сила />, Н:
/>Н,
· радиальная /> и осевая силы />, Н:
/>Н,
/>Н, где:
/> - угол зацепления.
5 Проектныйрасчёт вала и выбор подшипников.
При проектном расчётевалов используется основное уравнение прочности при кручении и определяютдиаметры консольных участков входного и выходного вала по заниженнымкасательным напряжениям />
/>
/>, где:
/> - крутящие моменты на входном ивыходном валах редуктора, Нм,
/> - допускаемое касательноенапряжение в МПа. Им предварительно задаются в пределах 20÷40 МПа.
Диаметр вала под муфтупринимают равным диаметру вала двигателя:
/>
Переход с одного диаметравала на другой выполняют по зависимости:
/>, где:
/> - диаметр предыдущей ступени вмм,
/> - диаметр следующей ступени.
Диаметр посадочнойступени под уплотнение на входном валу:
/>.
Диаметр посадочнойступени под подшипники качения:
/>.
Далее конструктивноназначают диаметры участков выходного вала
под уплотнение />: />, подподшипники />:/>, подзубчатое колесо />: />.
Диаметр буртика />определяетсяконструктивным обеспечением надёжного контакта торцов вала с внутренним кольцомподшипника или ступицей зубчатого колеса: />.
Так как на валахустановлены цилиндрические прямозубые колёса, подбирают подшипники роликовыеконические однорядные лёгкой серии по ГОСТ 8338 – 75 №7208 и №7209.
6 Эскизнаякомпоновка и расчёт элементов конструкции.
6.1 Расчётзубчатого колеса.
/> - диаметр ступицы: />, принимаем />.
/> - длина ступицы: />, принимаем />.
/> - толщина диска: />, принимаем />.
/> - толщина обода: />.
/> - диаметр диска; />
/> - диаметр отверстий; />
6.2 Расчётэлементов корпуса.
Толщина корпуса: />, принимаем />.
Толщина крышки редуктора:/>, принимаем/>.
Толщина фланцев корпуса икрышки: />.
Толщина нижнего поясакорпуса без бобышки: />, принимаем />.
Диаметр фундаментныхболтов: />,принимаем болты с резьбой М 18.
Диаметр болтов уподшипников: />, принимаем болты с резьбой М 12.
Диаметр болтов соединяющихоснование корпуса с крышкой: />, принимаем болты с резьбой М 12.
Наименьший зазор междунаружной поверхностью колеса и стенкой корпуса:
По диаметру: />
По торцам: />
6.3 Расчётмазеудерживающих колец.
На входном валу: /> - диаметркольца; />.
/> - ширина кольца: />.
/> - длина кольца; выбираютконструктивно: />.
/> - шаг зубьев: />.
На выходном валу: />, />, />, />.
6.4 Расчёткрышки подшипников.
На входном валу: /> - высотакрышки, />,
/>,
где /> - диаметр стакана.
На выходном валу: /> - высотакрышки, />,
/>, где
/> - внешний диаметр подшипника.
6.5 Выполнениекомпоновочного чертежа.
Примернопосередине листа параллельно его длинной стороне проводят горизонтальную осевуюлинию; выделяем точку О, через которую проводят вертикальную осевую линию.
Отгоризонтальной линии откладывают угол />, проводят осевые линииделительного конуса ОА. На осевых ОА откладывают внешнее конусное расстояние />. Из точек Аперпендикулярно ОА откладывают отрезки А1, равные внешнему модулю зацепления />:/>. Точки 1соединяют с центром О. Из точек А откладывают отрезок АВ, равный ширинезацепления b: />. Из точек В проводятперпендикуляры к ОА и убирают лишние линии. Затем вычерчивают конструкциюконического колеса, для которого рассчитаны />, />, />, с, />, />.
Послетого, как вычерчена коническая пара колес, начинают компоновку общего видаредуктора. На расстоянии 5мм от торца ступицы колеса и диаметра /> проводят горизонтальнуюи вертикальную линии внутренней стенки корпуса. На расстоянии />мм проводят верхнююгоризонтальную линию внутренней стенки. По периметры пунктирной линиейпоказывают толщину стенки корпуса /> и основной линией ширину фланца />. По размерам />, />, Т вычерчиваютподшипники 2-го вала. По диаметрам />, /> вычерчивают ступени 2-ого валаредуктора. Правый подшипник 1-ого вала углубляют в корпус на /> и вычерчивают его поразмерам />.От середины шестерни отмеряют расстояние /> и вдоль оси 1-ого валаоткладывают отрезок длиной />мм, вычерчивают левый подшипник с размерами />. Вычерчивают стакан с толщинойстенки />мм:/>мм. Затем крышки подшипников с диаметрами />.
Дляпредотвращения вытекания смазки внутрь корпуса и вымывания пластичногосмазочного материала жидким маслом из зоны зацепления устанавливаютмазеудерживающие кольца.
Измерениемнаходят расстояния на ведомом валу: /> и />.
7 Подбор ипроверочный расчёт шпоночных соединений
Под колесо:
Длину шпонки назначают изстандартного ряда так, чтобы она была несколько меньше длины ступицы. Принимаем/>.
Шпонка 2 — 14х9х63 ГОСТ23360 – 78.
Соединение проверяют насмятие:
/>, где:
/> - передаваемый вращающий момент,Нм,
/> - диаметр вала в месте установкишпонки, мм,
/> - высота шпонки, мм,
/> - глубина шпоночного паза, мм,
/> - рабочая длина шпонки, мм,
/>, где /> - ширина шпонки,
/> - допускаемое напряжение насмятие: />.
/>. Условие выполняется.
Шпонку проверяют на срез:
/>
/>
/>. Условие выполняется.
Под муфту на входномвалу. Шпонка 2 — 10х8х48 ГОСТ 23360 — 78
/>; />
/>; />
Условия выполняются.
Под муфту на выходномвалу. Шпонка 2 — 10х8х63 ГОСТ 23360 — 78
/>; />
/>; />
Условия выполняются.
8 Проверочныйрасчёт на усталостную выносливость.
1) По сборочному чертежусоставляют расчётную схему вала, на которой представлены все внешние силынагружения вала:
/> - окружная составляющая,
/> - радиальная,
/> - осевая составляющая сил,действующих в зацеплении (из расчетов).
2) Определяют реакции вопорах в вертикальной и горизонтальной плоскостях /> и />, /> и />. Реакции в опорах вычисляют,составляя уравнение равновесия сил и моментов действующих в каждой плоскости.
В горизонтальнойплоскости:
/>, />, откуда />
/>, />, откуда />
В вертикальной плоскости:
/>, />, откуда />
/>, />, откуда />
3) Рассчитывают и строят,пользуясь методом сечений, эпюры изгибающих моментов.
В горизонтальнойплоскости. На участке />: />, />,
при />, />,
при />, />.
На участке />: />, />,
при />, />,
при />, />.
Принимают />.
В вертикальной плоскости.На участке />:/>, />,
при />, />,
при />, />.
На участке />: />, />,
при />, />,
при />, />.
Суммарные изгибающиемоменты:
на участке />: />,
на участке />/>.
4) Определяют общийкоэффициент запаса прочности /> который должен быть не менеедопускаемого — />. В общем машиностроении />.
/>.
где /> и /> - коэффициенты запасапрочности по нормальным и касательным напряжениям:
/>
/>, где:
/> - предел выносливости дляматериала вала при симметричном цикле изгиба, МПа. Назначают марку стали: сталь45, вид термообработки – закалка, отпуск />. Пусть />. Пусть сталь легированная, тогда:
/>;
/> - предел выносливости присимметричном цикле кручения, МПа
/>;
/> и /> - эффективные коэффициентыконцентрации напряжений соответственно при изгибе и кручении,
/>,
/>;
/> и /> - коэффициенты, учитывающиемасштабные факторы для нормальных и касательных напряжений:
/>,
/>;
/> - коэффициент, учитывающийшероховатость поверхности;
/> при />. Назначают />;
/> и /> - коэффициенты, учитывающие соотношенияпределов выносливости при симметричном и пульсирующем циклах изгиба и кручения:/>, />;
/>, />, />, /> - амплитуда и среднее напряжениецикла соответственно для нормальных и касательных напряжений, МПа:
/>, где:
/> - суммарный изгибающий момент вопасном сечении:
/>; />;
/>, где:
Т – крутящий момент навалу, />;
/>, /> - моменты сопротивления изгибу икручению, поперечного сечения вала с учётом шпоночного паза, мм3
/>,
/>,
параметры /> и /> берут из таблицы.
Общий коэффициент запасапрочности n больше допускаемого />.
9 Проверочныйрасчёт подшипников выходного вала на долговечность.
1) Определяют полныереакции опор:
/>,
/>;
2) Параметр осевогонагружения:
/>;
3) Осевыесоставляющие реакций опор:
/>,
/>.
4) Результирующиеосевые нагрузки на опоры:
/>,
/>;
5) Определениеприведённой радиальной нагрузки: />,
где /> - коэффициент вращения;при вращении внутреннего кольца />;
/> - большее значение /> и />, Н;
/> - коэффициент безопасности; /> для подшипниковзубчатых передач 7-8 степени точности;
/> - температурный коэффициент; /> при рабочейтемпературе />;
/>, следовательно, />, />;
/>, следовательно, />, />;
/>;
/>.
6) Вычисляют ресурснаиболее нагруженного подшипника:
/>, где:
/> - динамическая грузоподъёмность,Н (справочные данные),
/> - частота вращения выходноговала, об/мин.
7) Проверяют условиедолговечности: />
/>, т.е. условие долговечностивыполняется.
10 Подбор ипроверочный расчет соединительной муфты.
Муфты подбирают потаблицам из справочников в зависимости от диаметров валов, которые нужносоединить. Затем их проверяют по крутящему моменту: />.
/>, где:
/> - расчётный момент, Нм,
/> - номинальный момент, Нм,
/> - коэффициент, учитывающийусловия эксплуатации, />,
/>
Подбираем муфтувтулочно-пальцевую 250-32-2 ГОСТ 20761-80.
11 Смазываниередуктора.
Вязкость смазочного маслаподбирают в зависимости от окружной скорости. Окружную скорость находят позависимости:
/>, где:
/> - частота вращения (об/мин) иделительный диаметр шестерни, мм.
Пользуясь параметрамиконтактного напряжения — />, и окружной скорости />, определяюткинематическую вязкость при температуре /> (/>) по таблице. Принимаем />.
Конкретную марку масланаходят по таблице в зависимости от вязкости и температуры. Выбираем масло«Индустриальное — 20А».
Подшипники в редукторахмогут смазываться как пластичными, так и минеральными жидкими маслами путёмразбрызгивания в зависимости от условий их работы.
Эти условия выбираются позависимости:
/>, где:
/> - произведение среднего диаметраподшипника на частоту вращения его кольца, />,
/> - частота вращения кольцаподшипника, об/мин,
/> - средний диаметр подшипника, мм: />,
/> - внутренний и наружный диметрподшипника.
Так как />, подшипникрекомендуется смазывать пластичным смазочным материалам: солидол С.
Для защиты подшипников отпопадания в них жидкого масла устанавливают специальные мазеудерживающие кольцана валах рядом с подшипниками. Для предотвращения вытекания смазочногоматериала из подшипниковых узлов и попадания в них пыли, влаги в крышках подшипниковустанавливают манжетные уплотнения.
12 Сборка ирегулировка основных узлов редуктора
Перед сборкой внутреннююполость корпуса редуктора тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской.Сборку производят в соответствии со сборочным чертежом, начиная с узлов валов.
1) На ведущий валнасаживают мазеудерживающие кольца и роликоподшипники, предварительно нагретые вмасле до />,между подшипниками устанавливают распорную втулку. Подшипники ведущего валамонтируют в общем стакане;
2) В ведомый валзакладывают шпонку 14 х 9 х 63 и напрессовывают зубчатое колесо до упора в буртвала, затем надевают мазеудерживающие кольца и устанавливают шарикоподшипники,предварительно нагретые в масле;
3) Собранные валыукладывают в основание корпуса редуктора и надевают крышку корпуса, покрывпредварительно поверхность стыка крышки и корпуса спиртовым лаком. Дляцентровки устанавливают крышку на корпус с помощью двух конических штифтов;затем болты, крепящие крышку к корпусу;
4) После этого вподшипниковые камеры закладывают пластичную смазку (солидол С), ставят крышкиподшипников с комплектом металлических прокладок для регулировки;
5) Перед установкойсквозной крышки в проточки заключаем манжетные уплотнения. Проверяем,проворачиванием валов отсутствие заклиниваний подшипников (валы должныпроворачиваться от руки) и закрепляем крышки винтами;
6) Затем ввёртываютпробку маслоспускного отверстия с прокладкой и жезловый маслоуказатель.
7) Заливают в корпусмасло «Индустриальное 20А» в количестве 1,5 л. и закрывают смотровое отверстие крышки с прокладкой из технического картона; закручивают крышку болтами.
Собранный редукторобкатывают и подвергают испытанию на стенде по программе, устанавливаемойтехническими стандартами.
13 Списокиспользуемой литературы:
1) Чернавский С. А.Курсовое проектирование деталей машин. М. Машиностроение, 1979.
14 Приложения:
1) Спецификациясборочного чертежа редуктора;
2) Спецификацияобщего вида привода;
3) Компоновкаредуктора;
4) Прототипсборочного чертежа;
5) Прототип общеговида привода.