Проектирование червячного редуктора

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

1.Выбор электродвигателя и кинематический расчет

2. Расчет зубчатых колес редуктора

3. Предварительный расчет валов редуктора и конструирование червяка и червячного колеса

4. Конструктивные размеры корпуса редуктора

5. Первый этап компоновки редуктора

6. Проверка долговечности подшипников

7. Второй этап компоновки редуктора

8. Тепловой расчет редуктора

9. Проверка прочности шпоночных соединений

10. Уточненный расчет валов

11. Посадки деталей редуктора и оформление чертежа

12. Выбор сорта масла

13. Сборка редуктора

Список литературы

червячный редуктор вал шпоночный



Привод винтового конвейера с червячным редуктором:

1-- электродвигатель; 2 -- муфта; 3 - червяк; 4 -- червячное колесо; 5 -- муфта; 6 -- головная стойка конвейера; 7 -- желоб конвейера; 8 -- разгрузочный патрубок; А -- вал электродвигателя и 1-й вал редуктора; 5 -- вал конвейера и 2-й вал редуктора.

Мощность, необходимая для работы конвейера, Рк =4,2 кВт; (частота вращения вала конвейера пк = 65 об/мин

(угловая скорость ). Редуктор нереверсивный, предназначен для длительной эксплуатации; работа в две смены; валы установлены на подшипниках качения.

1.Выбор электродвигателя и кинематический расчет

Примем предварительно КПД червячного редуктора с учетом пояснений з?0,8

Требуемая мощность электродвигателя

По табл. П1 приложения по требуемой мощности выбираем электродвигатель трехфазный короткозамкнутый серии 4А закрытый обдуваемый с синхронной частотой вращения 1500 об/мин 4А112М4УЗ, с параметрами Рдв = 5,5 кВт и скольжением 3,7 %. Номинальная частота вращения nдв = 1500 - 0,037·1500 = =1444 об/мин, угловая скорость

По табл. П2 диаметр выходного конца вала ротора dдв = 32 мм.

Передаточное число (равное передаточному отношению)

2. Расчет редуктора

Число витков червяка z1 принимаем в зависимости от передаточного числа: при u= 22,2 принимаем z1 = 2

Число зубьев червячного колеса z2= z1 ·u=44,4

Принимаем стандартное значение z2 = 46 (см. табл. 4.1).

При этом

Отличие от заданного

По ГОСТ 2144-76 допустимо отклонение <4%.

Выбираем материал червяка и венца червячного колеса. Принимаем для червяка сталь 45 с закалкой до твердости не менее HRC 45 и последующим шлифованием.

Так как к редуктору не предъявляются специальные требования, то в целях экономии принимаем для венца червячного колеса бронзу БрА9ЖЗЛ (отливка в песчаную форму).

Предварительно примем скорость скольжения в зацеплении vs?5 м/с. Тогда при длительной работе допускаемое контактное напряжение [ун] = 155 МПа (табл. 4.9). Допускаемое напряжение изгиба для нереверсивной работы [у0F] = KFL [ у0F]'-Вэтой формуле KFL = 0,543 при длительной работе, когда число циклов нагружения зуба N? >25·107; [ у0F]' = 98 МПа -- по табл. 4.8;

[ у0F]'=0,543·98=53,3МПа

Принимаем предварительно коэффициент диаметра червяка q=10.

Вращающий момент на валу червячного колеса

Принимаем предварительно коэффициент нагрузки К = 1,2. Определяем межосевое расстояние из условия контактной выносливости:

Модуль

Принимаем по ГОСТ 2144 -76 (табл. 4.2) стандартные значения m =8 мм и q = 10.

Межосевое расстояние при стандартных значениях m и q

Основные размеры червяка: делительный диаметр червяка

d1 =q·m= 10·8 = 80 мм;

диаметр вершин витков червяка

da1 =d1 + 2m = 80+2·8 =96 мм;

диаметр впадин витков червяка

dfl = d1- 2,4m = 80-2,4·8 = 60,8 мм;

длина нарезанной части шлифованного червяка [см. формулу (4.7)]

b1 ? (11 + 0,06z2)m + 25 = (11 + 0,06 ·46)·8+ 25 =135,08мм;

принимаем b1 = 135 мм;

делительный угол подъема витка г (по табл. 4.3): при z1 = 2 и q = 10 г = 11°19'.

Основные размеры венца червячного колеса:

делительный диаметр червячного колеса d2 = z2·т =46·8 = 368 мм;

диаметр вершин зубьев червячного колеса da2 = d2 +2т =368+2·8 = 384 мм

диаметр впадин зубьев червячного колеса

df2 =d2- 2,4m = 368 -2,4·8= 348,8мм ;

наибольший диаметр червячного колеса

ширина венца червячного колеса [см. формулу (4.12)]

b2 ? 0,75dal = 0,75·96 =72мм.

Окружная скорость червяка

Скорость скольжения

при этой скорости [ун] ?149 МПа (см. табл. 4.9).

Отклонение ; к тому же межосевое расстояние по расчету было получено aw = 195 мм, а. после выравнивания т и q по стандарту было увеличено до aw = = 196 мм, т. е. на 0,5 %, и пересчет aw по формуле (4.19) делать не надо, необходимо лишь проверить ун . Для этого уточняем КПД редуктора [см. формулу (4.14)]:

при скорости vs= 5,4 м/с приведенный коэффициент трения для безоловянной бронзы и шлифованного червяка (см. табл. 4.4) f' = 0,020·1,5 = 0,03 и приведенный угол трения р' = 1°43'.

КПД редуктора с учетом потерь в опорах, потерь на разбрызгивание и перемешивание масла

По табл. 4.7 выбираем 7-ю степень точности передачи. В этом случае коэффициент динамичности Кv = 1,1.

Коэффициент неравномерности распределения нагрузки [формула (4.26)]

где коэффициент деформации червяка при q = 10 и z2= 46 по табл. 4.6 и = 86. Примем вспомогательный коэффициент х = 0,6 (незначительные колебания нагрузки, с. 65):

Коэффициент нагрузки К= Кв ·Кv= 1,1·1,06?1,16

Проверяем контактное напряжение [формула (4.23)]:

Результат расчета следует признать удовлетворительным, так как расчетное напряжение ниже допускаемого на 8% (разрешается до 15%).

Проверка прочности зубьев червячного колеса на изгиб.

Эквивалентное число зубьев

Коэффициент формы зуба по табл. 4.5 YF =2,19

Напряжение изгиба [см. формулу (4.24)]

что значительно меньше вычисленного выше [у0F] = 53,3 МПа.

3. Предварительный расчет валов редуктора и конструирование червяка и червячного колеса

Крутящие моменты в поперечных сечениях валов:

ведомого (вал червячного колеса)

ведущего (червяк)

Витки червяка выполнены за одно целое с валом

Диаметр выходного конца ведущего вала по расчету на кручение при [фк] = 25 МПа

Но для соединения его с валом электродвигателя примем dВ1 = dДВ = 32 мм; диаметры подшипниковых шеек dn1 =45 мм. Параметры нарезанной части: df1 = 60,8мм; d1 = 80 мм и da1 =96 мм. Для выхода режущего инструмента при нарезании витков рекомендуется участки вала, прилегающие к нарезке, протачивать до диаметра меньше df1

Длина нарезанной части b1 = 121 мм.

Расстояние между опорами червяка примем l1 ? daM2 = 400 мм;

расстояние от середины выходного конца до ближайшей опоры f1 = 90 мм.

Ведомый вал

Диаметр выходного конца

Принимаем dв2 = 50 мм.

Диаметры подшипниковых шеек dn2 = 55 мм,

диаметр вала в месте посадки червячного колеса dk2= 60 мм.

Диаметр ступицы червячного колеса

dст2 = (1,6ч1,8) ·dk2= (1,6ч1,8)·60 = 96ч108 мм.

Принимаем dст2 = 100 мм

Длина ступицы червячного колеса

Jст2 = (1,2 ч 1,8) ·dk2= (1,2ч1,8) · 60 = 72 ч108 мм.

Принимаем Jст2= 90 мм.

4. Конструктивные размеры корпуса редуктора

Толщина стенок корпуса и крышки:

д = 0,04б + 2 = 0,04·224 + 2 = 8,96 + 2 = 10,96 мм,

принимаем д = 10 мм;

д1 = 0,032б + 2 = 0,032·224+ 2 =7,16 + 2 = 9,16мм,

принимаем д1 = 10 мм.

Толщина фланцев (поясов) корпуса и кришки

b = b1 = 1,5· д = 1,5·10 =15 мм.

Толщина нижнего пояса корпуса при наличии бобышек

p1 = 1,5· д = 1,5· 10=15 мм;

р2 = (2,25ч2,75) ·8 = (2,25 ч2,75) ·10 = 22,5 ч27,5 мм,

принимаем р2 = 25 мм.

Диаметры болтов:

фундаментных d1 = (0,03 ч0,036)· а + 12 = (0,03 ч0,036)·224 +12 = 18ч20мм.-принимаем болты с резьбой М20

диаметры болтов d2 = 16 мм и d3 = 12 мм.

5. Первый этап компоновки редуктора

Компоновочный чертеж выполняем в двух проекциях -разрез по оси колеса и разрез по оси чертежа; желательный масштаб 1:1, чертить тонкими линиями!

Примерно посередине листа параллельно его длинной стороне проводим осевую линию; вторую осевую, параллельную первой, проводим на расстоянии аw = 224 мм. Затем проводим две вертикальные осевые линии, одну для главного вида, вторую для вида сбоку.

Вычерчиваем на двух проекциях червяк и червячное колесо.

Очерчиваем внутреннюю стенку корпуса, принимая зазор между стенкой и червячным колесом и между стенкой и ступицей червячного колеса ~15 мм.

Компоновка червячного редуктора:

l1 = 400 мм; l2 = 125 мм; а1= 30 мм; а2= 22 мм; lст2 = 90 мм; аw =224 мм;

d1 = 80 мм; d2 = 368мм; b1 = 121 мм; b2 = 63мм

Вычерчиваем подшипники червяка на расстоянии l1= daM2 = 400 мм один от другого, располагая их симметрично относительно среднего сечения червяка.

Так же симметрично располагаем подшипники вала червячного колеса. Расстояние, между ними замеряем по чертежу l2 = 125 мм.

В связи с тем, что в червячном зацеплении возникают значительные осевые усилия, примем радиально-упорные подшипники: шариковые средней серии для червяка и роликовые конические легкой серии для вала червячного колеса (см. табл. П6 и П7):

Условное обозначение подшибника	d	D	B	T	C	e
	мм	кН
46309 7311	45 55	100 120	25 29	25 32	61,4 102	0,68 0,33

6. Проверка долговечности подшипников

Силы в зацеплении (рис. 12.24):

окружная сила на червячном колесе, равная осевой силе на червяке,

окружная сила на червяке, равная осевой силе на колесе,

радиальные силы на колесе и черв яке

Fr2 = Frl = Ft2tga=3353·tg20° = 1220 Н.

При отсутствии специальных требований червяк- должен иметь правое направление витков.

Направления сил представлены на рис 12.24; опоры, воспринимающие внешние осевые силы, обозначим цифрами «2» и «4».

Вал червяка

Расстояние между опорами l1? daM2 = 400 мм. Диаметр d1 = 80 мм.

Реакции опор (правую опору, воспринимающую внешнюю осевую силу Fal, обозначим цифрой «2»): в плоскости xz

в плоскости yz

Проверка: Ryl + Ry2 - Frl = 0 Суммарные реакции

Осевые составляющие радиальных реакций шариковых радиально-упорных подшипников по формуле (9.9)

где для подшипников шариковых радиально-упорных с углом б = 26° коэффициент осевого нагружения е = 0,68 (см. табл. 9.18).

Осевые нагрузки подшипников (см. табл. 9.21). В нашем случае S1 < S2;

Pal =Fa?S2-Sl; тогда Ра1 =S1 = 334 Н; Ра2 = S1 + Fal =334 +3353 =3687 Н.

Рассмотрим левый («первый») подшипник.

Отношение ; осевую нагрузку не учитываем.

Эквивалентная нагрузка

Рэ1 = Рr1VКбКт = 491·1,3 = 638Н,

где по табл. 9.19 для приводов винтовых конвейеров Кб= 1,3.

Коэффициенты V= 1 и Кт= 1.

Долговечность определяем по более нагруженному подшипнику

Рассмотрим правый («второй») подшипник.

Отношение

поэтому эквивалентную нагрузку определяем с учетом осевой;

PЭ2 = (XPr2V+ YPa2)K6KT = (0,33·1029· 1 + 0,87 ·3687) ·1,3 = 4611 Н =4,6 кН

где X = 0,33 и У= 0,87 по табл. 9.18.

Расчетная долговечность, млн. об., по формуле (9.1)

Расчетная долговечность, ч

где п = 1444 об/мин -- частота вращения червяка.

Ведомый вал (см. рис. 12.24).

Расстояние между опорами (точнее, между точками приложения радиальных реакций Р3 и Р4 - см. рис. 12.23) l2= 125 мм; диаметр d2 = 368 мм.

Реакции опор (левую опору, воспринимающую внешнюю осевую силу Fe2, обозначим цифрой «4» и при определении осевого нагружения будем считать ее «второй»; см. табл. 9.21).

В плоскости xz

В плоскости yz

Проверка: Ry3 -Ry4+ Fr2 = 0

Суммарные реакции

Осевые составляющие радиальных реакций конических подшипников по формуле (9.9)

где для подшипников 7311 коэффициент влияния осевого нагружения е = 0,41.

Осевые нагрузки подшипников (см. табл. 9.21) в нашем случае S3 < S4;

Pa3 = Fa>S4- S3; тогда Pa3 = S3 = 487 H; Pa4 = S3 +Fa= 487+817=1304H.

Для правого (с индексом «3») подшипника отношение

поэтому при подсчете эквивалентной нагрузки осевые силы не учитываем. Эквивалентная загрузка Рэ3 =Pr3VK6KT = 1778· 1,3 = 2311 Н.

В качестве опор ведомого вала применены одинаковые подшипники 7311. Долговечность определим для левого подшипника («четвертого»), для которого эквивалентная нагрузка значительно больше.

Для левого (индекс «4») подшипника

мы должны учитывать осевые силы и определять эквивалентную нагрузку по формуле (9.5); примем V= 1; K6= 1,3 и KT = 1; для конических подшипников 7311 при коэффициенты X = 0,4 и У= 1,459 (см. табл. 9.18 и П7);

РЭ4 = (0,4·2469·1 + 1,459·1304)·1,3·1?3980Н= 4 кН.

Расчетная долговечность по формуле (9.1), млн. об.

где С = 65

Расчетная долговечность, ч

где п = 65 об/мин -- частота вращения вала червячного колеса. Столь большая расчетная долговечность объясняется тем, что по условию монтажа диаметр шейки должен быть больше диаметра dB2=50 мм. Поэтому был выбран подшипник 7311. Возможен вариант с подшипником 7310, но и для него долговечность будет порядка 1 млн. ч. Кроме того, следует учесть, что ведомый вал имеет малую частоту вращения п = 65 об/мин.

7. Второй этап компоновки редуктора

Используем чертежи первого этапа компоновки (см. рис. 12.23). Второй этап (рис. 12.25) имеет целью конструктивно оформить основные детали -- червячный вал, вал червячного колеса, червячное колесо, корпус, подшипниковые узлы и др.

Смазывание зацепдения и подшипников -- разбрызгиванием жидкого масла, залитого в корпус ниже уровня витков так, чтобы набежать чрезмерного заполнения подшипников маслом, нагнетаемым червяком. На валу червяка устанавливаем крыльчатки; при работе редуктора они будут разбрызгивать масло и забрасывать его на колесо и в подшипники.

Уплотнение валов обеспечивается резиновыми манжетами. В крышке люка размещаем отдушину. В нижней части корпуса вычерчиваем пробку для спуска масла и устанавливаем масло-указатель с трубкой из оргстекла.

Конструируем стенку корпуса и крышки. Их размеры" были определены в п. IV данного примера. Вычерчиваем фланцы и нижний пояс. Конструируем крюки для подъема.

Устанавливаем крышки подшипников глухие (см. рис. 9.31) и сквозные для манжетных уплотнений (см. табл. 9.16). Под крышки устанавливаем металлические прокаадки для регулировки.

Конструкцию червячного колеса выполняем по рис. 10.9, насаживая бронзовый венец на чугунный центр с натягом. Посадка H7/р6 по ГОСТ 25347-82.

Вычерчиваем призматические шпонки: на выходном конце вала червяка bхhхl=10х8х40 мм, на выходном конце вала червячного колеса b x h х l = 16 х 10 х 80 мм и под червячным колесом b хh х l = 18 х 11 х 80 мм (см. табл. 8.9).

8. Тепловой расчет редуктора

Для проектируемого редуктора площадь теплоотводящей поверхности А ? 0,73 м2 (здесь учитывалась также площадь днища, потому что конструкция опорных лап обеспечивает циркуляцию воздуха около днища).

По формуле условие работы редуктора без перегрева при продолжительной работе

где Рч = 5 кВт = 5000 Вт -- требуемая для работы мощность на червяке.

Считаем, что обеспечивается достаточно хорошая циркуляция воздуха, и принимаем коэффициент теплопередачи kt = 17 Вт/(м2.°С). Тогда

Допускаемый перепад температур при нижнем червяке

[?t] = 60°.

Для уменьшения ?t следует соответственно увеличить теплоотдающую поверхность пропорционально отношению ?t /[?t]=72,5/60, сделав корпус ребристым.

9. Проверка прочности шпоночных соединений

Проверочный расчет на смятие производят так же, как и в предыдущих примерах.

Здесь приведем проверку прочности лишь одного соединения, передающего вращающий момент от вала червячного колеса к муфте.

Диаметр вала в этом месте dB2 = 50 мм. Сечение и длина шпонки b x h х l = 16 х 10 х 80 мм, глубина паза t1 = 6 мм. Момент

Напряжения смятия

10. Уточненный расчет валов

Червячный вал проверять на прочность не следует, так как размеры его поперечных сечений, принятые при конструировании после расчета геометрических характеристик (d1 =80 мм, da1 = 96 мм и d f1 =60,8 мм), значительно превосходят те, которые могли быть получены расчетом на кручение. Напомним, что диаметр выходного конца вала получился при расчете на кручение 18,7 мм, а мы по соображениям конструирования приняли его dВ1 = 32 мм (мы решили этот диаметр для удобства соединения принять равным диаметру вала электродвигателя).

Проверим стрелу прогиба червяка (расчет на жесткость).

Приведенный момент инерции поперечного сечения червяка

(формула известна из курсов «Сопротивление материалов» и «Детали машин»). Стрела прогиба

Допускаемый прогин

Таким образом, жесткость обеспечена, так как

F=0,0102мм<[f]

Определение коэффициентов запаса прочности в опасных сечениях вала червячного колеса следует проводить аналогично тому, как это выполнено для ведущего вала косозубого цилиндри ческого редуктора

В данном примере запасы прочности больше [s], так как диаметры участков вала, выбранные по условиям монтажа, значительно превышают расчетные.

11. Посадки деталей редуктора и оформление чертежа

Выполнение этих позиций производится аналогично тому, как это сделано в примере . Следует добавить посадку бронзового венца на чугунный центр Н7/р6.

12. Выбор сорта масла

Смазывание зацепления и подшипников производится разбрызгиванием жидкого масла. По табл. 10.9 устанавливаем вязкость масла. При контактных напряжениях уH = 129 МПа и скорости скольжения vs = 5 м/с рекомендуемая вязкость масла должна быть приблизительно равна 15 ·10-6 м2/с. По табл. 10.10 принимаем масло индустриальное И-20А.

13. Сборка редуктора

Перед сборкой внутреннюю полость корпуса тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской. Сборку редуктора производят в соответствии с чертежом общего вида. Начинают сборку с того, что на червячный вал надевают крыльчатки и шариковые радиально-упорные подшипники, предварительно нагрев их в масле до 80--100 °С. Собранный червячный вал вставляют в корпус.

При установке червяка, выполненного за одно целое с валом, следует обратить внимание на то, что для прохода червяка его диаметр должен быть меньше диаметра отверстия для подшипников. В нашем случае наружный диаметр червяка dal = 84 мм, а наружный диаметр подшипников 46309 D= 100 мм.

В начале сборки вала червячного колеса закладывают шпонку и напрессовывают колесо до упора в бурт вала; затем надевают распорную втулку и устанавливают роликовые конические подшипники, нагретые в масле. Собранный вал укладывают в основании корпуса и надевают крышку корпуса, покрывая предварительно поверхности стыка фланцев спиртовым лаком. Для центровки крышку устанавливают на корпус с помощью двух конических штифтов и затягивают болты.

Закладывают в подшипниковые сквозные крышки резиновые манжеты и устанавливают крышки с прокладками.

Регулировку радиально-упорных подшипников производят набором тонких металлических прокладок I и II, устанавливаем ых под фланцы крышек подшипников.

Для регулировки червячного зацепления необходимо весь комплект вала с червячным колесом смещать в осевом направлении до совпадения средней плоскости колеса с осью червяка. Этого добиваются переносом части прокладок II с одной стороны корпуса на другую. Чтобы при этом сохранилась регулировка подшипников, суммарная толщина набора прокладок II должна оставаться без изменения.

Ввертывают пробку маслоспускного отверстия с прокладкой и маслоуказатель. Заливают в редуктор масло и закрывают смотровое отверстие крышкой с отдушиной.

Собранный редуктор обкатывают и испытывают на стенде.

Литература

1. 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.

Размещено на www.allbest.