Проектирование конического редуктора

2

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра: «Механики»

КУРСОВАЯ РАБОТА

Проектирование конического редуктора

Вариант №17

Выполнил: студент IV-ЗФ-26гр.

Шарун П.С.

Проверил: Федотов А.Ф

Самара 2010

Техническое задание № 17

Коническая передача.

Частота вращения вала электродвигателя:.

Вращающий момент на выходном валу редуктора:.

Частота вращения выходного вала: .

Cрок службы редуктора в годах: .

Коэффициент загрузки редуктора в течение года: .

Коэффициент загрузки редуктора в течение суток:.

Введение

Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины.

Назначение редуктора - понижение угловой скорости и соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим, котором помещают элементы передачи - зубчатые колеса, валы, подшипники и т.д. В отдельных случаях в корпусе редуктора размещают также устройства для смазывания зацеплений и подшипников или устройства для охлаждения.

Редукторы классифицируют по следующим основным признакам: типу передачи (зубчатые, червячные или зубчато-червячные); числу ступеней (одноступенчатые, двухступенчатые и т.д.); типу зубчатых колес (цилиндрические, конические, коническо-цилиндрические и т.д.); относительному расположению валов редуктора в пространстве (горизонтальные, вертикальные); особенностям кинематической схемы (развернутая, соосная, с раздвоенной ступенью и т.д.).

Конические редукторы применяют для передачи движения между валами, оси которых пересекаются обычно под углом 90. Передачи с углами, отличными от 90 , встречаются редко.

Наиболее распространённый тип конического редуктора - редуктор с вертикально расположенным тихоходным валом. Возможно исполнение редуктора с вертикально расположенным быстроходным валом; в этом случае привод осуществляется от фланцевого электродвигателя

Передаточное число u одноступенчатых конических редукторов с прямозубыми колёсами, как правило, не выше 3; в редких случаях u = 4.При косых или криволинейных зубьях u = 5 (в виде исключения u = 6.3).

У редукторов с коническими прямозубыми колёсами допускаемая окружная скорость (по делительной окружности среднего диаметра) v ? 5 м/с. При более высоких скоростях рекомендуют применять конические колёса с круговыми зубьями, обеспечивающими более плавное зацепление и большую несущую способность.

1.Расчет мощности и выбор двигателя

Мощность на выходном валу редуктора

кВт, где:

- вращающий момент выходного вала,

- частота вращения выходного вала.

Расчетная мощность электродвигателя:

где =0,98 - КПД конического редуктора

Данному соответствует мощность=2,2 кВт, выбираем электродвигатель из таблице 1. электродвигатель типа 90L.

И габаритные размеры из таблице 2

Таблица 1

, кВт	, об/мин
	3000	1500	1000	750
2,2	80В	90L	100L	112М

Таблица 2

Тип двигателя	Основные размеры электродвигателя в мм
90L	24	50	350	112	56	10	140	90	11	243

2. Кинематический и силовой анализ

Передаточное отношения редуктора

Частота вращения первого (входного) вала: .

Частота вращения второго (выходного) вала:

Момент на выходе (1-ом) валу

Суммарное время работы редуктора

, где:

- срок службы редуктора в годах,

- коэффициент загрузки редуктора в течение года,

- коэффициент загрузки редуктора в течение суток.

3. Выбор материала и расчет допускаемых напряжений

Расчетная твердость стали

Так как , принимаем =300

По величине выбираем сталь 40ХН, термообработанную на твердость =300 ( округлить в меньшую сторону кратного 5)

МПа;

Базовое число циклов

Число циклов нагрузки зуба шестерни

Коэффициент долговечности

,

здесь - базовое число циклов

Диапазон значений находится в пределах: . Т.к. рассчитанный коэффициент , то принимаем .

Допускаемые напряжения на контактную выносливость определяют по формуле:

МПа

- коэффициент запаса контактной прочности;

Предел изгибной выносливости

МПа,

- коэффициент запаса изгибной прочности;

Базовое число циклов:

Коэффициент долговечности

Диапазон значений находится в пределах: . Т.к. рассчитанный коэффициент , то принимаем .

Допускаемые напряжения изгиба

МПа

- коэффициент запаса изгибной прочности;

4. Расчет прямозубой конической передачи

Расчетное число зубьев

Значение округляют до целого числа по правилам математики: .

Число зубьев колеса

передаточного числа , определяют по зависимости: .

Значение округляют до целого числа :.

Определяем расчетный внешний делительный диаметр шестерни

мм,

где:

- коэффициент нагрузки, учитывающий неравномерность ее распределения; в курсовом проектировании с достаточной степенью точности можно принять .

Вычислим расчетный внешний модуль зацепления

.

По расчетной величине принимаем ближайшее большее стандартное значение модуля: ,

Внешнее конусное расстояние

и - углы делительных конусов, равные:

,

.

Диаметр внешней делительной окружности шестерни и колеса , мм:

,

.

Диаметр внешней окружности вершин зубьев шестерни и колеса , мм:

,

,

Ширина зубчатого зацепления

.

Расчетное значение округляем до целого числа b в большую сторону. Ширина зубчатых колес принимается равной:

.

Внешняя высота зуба , мм:

мм

Проверочный расчет

Для исключения возможных ошибок в вычислениях при проектном расчете проверяют выполнение условия контактной выносливости:

H

Условие выполняется, значит, расчет верен.

- коэффициент формы зубьев шестерни, определяется по зависимости:

Условие изгибной прочности выполняется, расчет верен.

Расчет напряжения изгиба в зубьях шестерни

Определяем рабочие изгибные напряжения, которые должны быть не больше допускаемых, по зависимости:

,

МПа,

где:

- коэффициент нагрузки при изгибе, учитывающий неравномерность ее распределения и динамичный характер; в курсовом проектировании для колес 7-ой степени точности изготовления можно принять

Для последующих расчетов по оценке работоспособности валов и подшипников определяют силы, возникающие в зацеплении при передаче вращающего момента и действующие на шестерню (обозначены индексом 1) и колесо (обозначены индексом 2):

· окружная сила , Н:

Н,

радиальная Н

· и осевая силы Н,

где:

- угол зацепления.

5. Проектный расчет валов. Подбор подшипников

5.1. Входной вал

Предварительный диаметр выходного участка

,

Где =20МПа - допускаемое напряжение кручения

Принимаем ==24мм.

Диаметр ступени под уплотнение

мм

Диаметр резьбы цилиндрической гайки

мм

Диаметр ступени под подшипники

мм

Диаметр упорного буртика

35+6=41мм

В опорах валов устанавливаем конические роликопотшибники легкой серии. Габаритные размеры подшипника мм, D=75мм, Т=18,5мм.

5.2 Выходной вал

Предварительный диаметр выходного участка

Принимаем 24+6=30мм

Диаметр ступени под уплотнением

мм

Диаметр ступени под подшипники

мм

Диаметр ступени под коническое колесо

мм

Диаметр упорного буртика

мм

В опорах валов устанавливаем конические роликопотшибники легкой серии. Габаритные размеры подшипника мм, D=85мм, Т=21мм.

Динамическая грузоподъемность подшипника Н

6. Расчет элементов корпуса редуктора

, мм

Принимаем =6,мм

Диаметр стяжных болтов

, мм

Принимаем=6 мм

Ширина фланца корпуса и крышки корпуса

, мм

Ширина фланца основания корпуса

,мм

толщина ребра жесткости

, мм

Диаметр фундаментных болтов

, мм

Ширина фланца основания корпуса

, мм

Диаметр винтов крышке подшипников

, мм

7. Подбор и проверочный расчет шпоночных соединений

По диаметрумм и длине выходного участкамм выбираем шпонку 8х7х45 мм

Проверочный расчет на смятие

20.854 МПа МПа,

Где -глубина паза на валу и равно 4мм

=120 МПа - допускаемое напряжения смятия

7.2 Выходной вал

Для выходного участка по диаметру 30 мм и длине выходного участка мм выбираем шпонку 8х7х50 мм

Проверочный расчет на смятие

12.2МПа МПа,

Для ступени под колесо сечения шпонки х вибираем по диаметру мм, а длину по длине ступицы колеса 14х9х56 мм



22.8 МПа МПа,

Условие выполняется.

8. Проверочный расчет выходного вала

8.1 Расчет и построение эпюр изгибающих моментов

Н, Н Н,

Найдем средний делительный диаметр конического колеса: мм

Расстояние между опорами 65 мм, 122мм.

В плоскости Ахz - действует сила

116.838Н;

Н,

Изгибающий момент на участке :

при =0

при 19716.45 Нмм

Плоскость Ayz- действуют силы

;

Изгибающий момент на участке x₁

при =0

при Н мм

изгибающий момент на участке x₂

при =0

при Н мм

(так как < 0, то при =, и соответствующая эпура

изображена пунктирной линией)

Суммарный изгибающий моменты в опасном сечении

Н мм

Крутящий момент на валу

Н мм

Эпюр крутящих и изгибающих моментов

8.2 Расчет коэффициента запаса усталостной прочности

Вал изготавливаем из стали 40 (ГОСТ 1054-74) Пусть сталь легированная, тогда:

МПа

- предел выносливости при симметричном цикле кручения, МПа

;

Коэффициент концентрации напряжений

МПа,

МПа;

и - коэффициенты, учитывающие масштабные факторы для нормальных и касательных напряжений:

,

;

- коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности;

при .

и - коэффициенты, учитывающие соотношения пределов выносливости при симметричном и пульсирующем циклах изгиба и кручения: ,

, - моменты сопротивления изгибу и кручению, поперечного сечения вала с учётом шпоночного паза, мм³

,

Напряжение в опасном сечении

=0

,

где:

Т - крутящий момент на валу,

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям изгиба

9,8

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям изгибы

Общи коэффициент запаса усталости прочности



Проверка условий прочности

9. Проверочный расчет подшипников выходного вала

Реакции опор

Осевая сила

Динамическая грузоподъемность подшипников

Найдем полные реакцию опор

H

H

Параметры осевого нагружения

Осевые составляющие реакций пор

174,5 Н

183,8 Н

Результирующие нагрузки на опоры

Н

Н

Коэффициенты радиальной Х и осевой У нагрузок

< и Х_В=1 ; Y_В=0

> и Х_A=0.4 Y_A=

Приведенная радиальная нагрузка на каждой опоре

Долговечность наиболее нагруженного подшипника

=, час

где Р = большее из значений Р_А и Р_В

Проверка условии прочности

=2628 час,

Где суммарное время работы передачи.

10. Подбор соединительной муфты

Для соединения электродвигателя и редуктора выбираем муфту упругую со звездочкой по ГОСТ 14084-76

Проверка на передаваемый момент

=63Нм

где -коэффициент режима работы; - момент на выходном валу

- момент, передаваемый стандартной муфтой.;

11. Подбор смазки и уплотнений валов

Сорт масла выбирается по кинематической вязкости , которая зависит от величины контактных напряжений в зубьях и окружной скорости колеса

Для смазки редуктора при рабочем контактом напряжении =387,498 Мпа

,

Выбираем масло Индустриальное И-20А

Для уплотнений валов выбираем резиновые манжет по ГОСТ 8752-79.