Министерство образования Российской Федерации

Государственное Общеобразовательное Учреждение

Высшего Профессионального Образования

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Электроэнергетический факультет

Кафедра «Детали машин и прикладная механика»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине “Детали машин”

Проектирование привода с разработкой конструкции червячного одноступенчатого редуктора и открытой цепной передачи

Оренбург 2010 г.

Аннотация

Пояснительная записка содержит 50 страниц, в том числе 4 рисунка, 5 таблиц, 4 источника использованной литературы. Графическая часть выполнена на 2 листах формата А1.

В данном проекте изложен процесс проектирования привода с разработкой конструкции червячного одноступенчатого редуктора и открытой цепной передачи, служащих для передачи вращающего момента с тихоходного вала редуктора к исполнительному органу.

Техническое задание на курсовое проектирование

Привод общего назначения

Исходные данные

Угловая скорость рабочего вала ………………………………...…….…..8,0;

Вращающий момент на валу ……………………………………….…..380;

Срок службы привода , час ………………………………………….…......12000;

Производство ……………………………………………………………..единичное;

Особые требования …………………………………………………нереверсивный.

Разработать:

Пояснительную записку;

Сборочный чертеж редуктора;

Рабочие чертежи трёх деталей.

Содержание

Введение

1. Выбор и проверка электродвигателя, кинематический расчёт привода

1.1 Определение требуемой мощности электродвигателя

1.2 Определение требуемой частоты вращения электродвигателя

1.3 Выбор электродвигателя

1.4 Определение общего передаточного числа и разбивка его между ступенями

1.5 Определение частот вращения валов привода

1.6 Определение угловых скоростей валов привода

1.7 Определение мощностей на валах привода

1.8 Определение вращающих моментов на валах привода

2. Расчёт червячной передачи редуктора

2.1 Выбор материала червячной пары. Назначение упрочняющей обработки и

определение допускаемых напряжений

2.2 Определение размеров и параметров червячного зацепления

2.2.1 Определение числа заходов червяка и числа зубьев колеса

2.2.2 Предварительное определение расчётных коэффициентов

2.2.3 Определение минимального межосевого расстояния из условия контактной прочности

2.2.4 Определение основных геометрических размеров передачи

2.3 Проверочные расчёты передачи

2.3.1 Проверка условия прочности по контактным напряжениям

2.3.2 Проверка условия прочности зубьев червячного колеса по напряжениям изгиба

2.4 Определение сил, действующих в зацеплении, и К.П.Д. передачи

3. Расчёт открытой цепной передачи

3.1 Определение шага цепи

3.2 Определение числа зубьев ведомой звездочки

3.3 Проверка условия обеспечения износостойкости цепи

3.4 Определение геометрических параметров передачи

3.5 Проверка коэффициента запаса прочности

3.6 Определение силы действующей на валы

4. Проектный расчёт валов

4.1 Выбор материала валов

4.2 Выбор допускаемых напряжений на кручение

4.3 Определение геометрических параметров ступеней валов

5. Предварительный выбор подшипников качения

6. Конструирование червячного колеса

7. Конструирование валов

8. Конструирование подшипниковых узлов

8.1 Конструирование подшипниковых узлов быстроходного вала

8.1.1 Крепление колец подшипников на валу и в корпусе

8.1.2 Крышки подшипниковых узлов

8.1.3 Уплотнительные устройства

8.1.4 Регулировочные устройства

8.2 Конструирование подшипниковых узлов тихоходного вала

8.2.1 Крепление колец подшипников на валу и в корпусе

8.2.2 Крышки подшипниковых узлов

8.2.3 Уплотнительные устройства

9. Конструирование корпуса

9.1 Определение толщины стенок корпуса и рёбер жёсткости

9.2 Фланцевые соединения

9.2.1 Фундаментный фланец основания корпуса

9.2.2 Соединительный фланец крышки и основания корпуса

9.2.3 Фланец для крышки подшипникового узла

9.2.4 Фланец для крышки смотрового люка

9.3 Подшипниковые бобышки

9.4 Детали и элементы корпуса редуктора

9.4.1 Крышка смотрового люка

9.4.2 Проушины

10. Смазывание. Смазочные устройства

10.1 Смазывание червячного зацепления

10.2 Смазывание подшипников

11. Выбор муфты

12. Проверочные расчёты

12.1 Определение реакций в опорах подшипников, построение эпюр изгибающих и крутящих моментов

12.2 Проверочный расчёт предварительно выбранных подшипников

12.3 Проверочный расчёт валов

12.4 Проверочный расчёт шпонок

12.5 Тепловой расчёт редуктора

Список использованной литературы

Приложение А.Спецификация

Приложение Б.Конструктивная компоновка

Введение

Привод общего назначения состоит из:

1 - электродвигатель;

2 - открытая цепная передача;

3 - закрытая червячная передача;

4 - упругая компенсирующая муфта.

Валы привода:

I - вал электродвигателя;

II - быстроходный вал редуктора;

III - тихоходный вал редуктора;

IV - вал рабочей машины.

В курсовом проектировании принята единая система физических единиц (СИ) со следующими отклонениями, допущенными в стандартах (ИСО и ГОСТ) на расчёты деталей машин: размеры деталей передач выражаются в миллиметрах (мм), силы в ньютонах (Н), и соответственно напряжения в ньютонах, делённых на миллиметры в квадрате (), т.е. мегапаскалях (МПа), а моменты в ньютонах, умноженных на миллиметр (). У отдельных групп формул даны соответствующие примечания.

При расчёте червячной передачи редуктора вводятся следующие обозначения: параметры для червяка обозначаются с индексом «1», а параметры для червячного колеса обозначаются с индексом «2».

При расчёте открытой цепной передачи индекс «1» присваивается всем элементам и параметрам ведущего звена, а индекс «2» - ведомого звена рассчитываемой передачи.

Рисунок 1 - Элементы привода общего назначения.

1. Выбор и проверка электродвигателя, кинематический расчёт привода

1.1 Определение требуемой мощности электродвигателя

где:

- мощность на выходном валу редуктора;

- общий коэффициент полезного действия (К.П.Д.) привода;

где: - вращающий момент на выходном валу редуктора;

- угловая скорость рабочего вала;

- К.П.Д. цепной передачи между червячным редуктором и приводным валом с учётом потерь в опорах;

- К.П.Д. червячной передачи редуктора с учётом потерь в опорах;

- К.П.Д. упругой компенсирующей муфты между электродвигателем и редуктором

1.2 Определение требуемой частоты вращения электродвигателя

Требуемая частот вращения находится из следующего диапазона частот вращения:

где: - частота вращения рабочего вала привода;

- диапазон возможных передаточных чисел привода.

где:

- диапазон возможных передаточных чисел открытой цепной передачи;

- диапазон возможных передаточных чисел червячной передачи редуктора.

тогда:

отсюда:

1.3 Выбор электродвигателя

Исходя из полученных выше данных, выбираем электродвигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором единой серии 4А по ГОСТ 19523-81 (серия АИР по ТУ16-525.564-84) с техническими характеристиками, представленными в таблице 1.

Таблица 1 - Технические характеристики выбранного электродвигателя

Тип двигателя	Исполнение	Число пар полюсов	Мощность, , кВт	Частота вращения , мин-1		Диаметр вала d, мм
АИР100S2	IМ1081	1	4	2880	2,8	28

Рисунок 2 - Электродвигатель АИР100S2 исполнения 1М1081.

1.4 Определение общего передаточного числа и разбивка его между ступенями

Общее передаточное число привода:

Примем передаточное число червячной передачи редуктора , тогда передаточное число открытой цепной передачи равно:

1.5 Определение частот вращения валов привода

;

;

;

об/мин;

1.6 Определение угловых скоростей валов привода

;

;

;

.

1.7 Определение мощностей на валах привода

;

;

;

.

1.8 Определение вращающих моментов на валах привода

;

;

;

.

Таблица 2 - Результаты кинематического расчёта привода

Валы привода	Величины
	Угловая скорость , рад/с	Частота вращения , об/мин	Мощность , Вт	Вращающий момент, Нмм
I	301,44	2880	4000	13270
II	301,44	2880	4000	13270
III	30,14	288	3000	99540
IV	8	76,43	2710	340000

2. Расчёт червячной передачи редуктора

2.1 Выбор материала червячной пары. Назначение упрочняющей обработки и определение допускаемых напряжений

Предварительно определяем скорость скольжения:

;

где: - частота вращения быстроходного вала;

- вращающий момент на тихоходном вале.

щ_III=301.4рад/с- угловая скорость на тихоходном валу.

Материал червячного колеса:

Для венца червячного колеса принимаем безоловянную бронзу БрАЖИ10-4-4Л, отливка в кокиль.

Колесо нарезается шлифованными червячными фрезами. Обкатка под нагрузкой.

Допускаемое контактное напряжение:

Материал червяка:

Для выбранной бронзы принимаем соответствующий материал червяка: сталь 45 с закалкой до твёрдости HRC 45 с последующим шлифованием витков.

2.2 Определение размеров и параметров червячного зацепления

Параметры для червяка обозначаются с индексом 1, а параметры для червячного колеса обозначаются с индексом 2.

2.2.1 Определение числа заходов червяка и числа зубьев колеса

Принимаем число заходов червяка:

Тогда число зубьев червячного колеса составит:

;

где: - передаточное число червячной передачи редуктора.

2.2.2 Предварительное определение расчётных коэффициентов

Коэффициент нагрузки:

Коэффициент диаметра червяка:

;

2.2.3 Определение минимального межосевого расстояния из условия контактной прочности.

;

где: - вращающий момент на тихоходном вале.

;

Определяем расчётный модуль:

;

Принимаем основные параметры передачи по ГОСТ 2144.

мм мм

Определяем коэффициент смещения, мм:

;

2.2.4 Определение основных геометрических размеров передачи.

Диаметры делительных окружностей, мм:

;

;

Диаметры начальных окружностей, мм:

;

;

Диаметры окружностей выступов, мм:

;

;

Диаметр окружности впадин, мм:

;

;

Наибольший диаметр червячного колеса, мм:

;

Длина нарезной части червяка, мм:

;

Ширина венца червячного колеса, мм:

;

Угол подъёма винтовой линии, град:

;

2.3 Проверочные расчёты передачи

2.3.1 Проверка условия прочности по контактным напряжениям

Определяем окружную скорость червяка:

;

Определяем скорость скольжения:

;

Уточняем коэффициент нагрузки:

;

где: - коэффициент динамичности;

- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине контактных линий.

здесь: - коэффициент деформации червяка;

- коэффициент, зависящий от характера изменений нагрузки.

Проверяем условие прочности:

;

Н·мм;

157,33?164

Допускается недогрузка 10% и перегрузка 5%.

Условие выполняется.

2.3.2 Проверка условия прочности зубьев червячного колеса по напряжениям изгиба

Определяем приведённое число зубьев червячного колеса:

;

Определяем коэффициент формы зуба:

;

Проверяем условие прочности:

;

Условие выполняется.

2.4 Определение сил, действующих в зацеплении, и К.П.Д передачи

Окружная сила на червяке равна осевой силе на колесе:

;

Окружная сила на червячном колесе равна осевой силе на червяке:

;

Радиальные силы на червяке и червячном колесе:

;

где: - угол зацепления.

Силы нормального давления:

;

К.П.Д передачи с учётом потерь на разбрызгивание и перемешивание масла:

;

где: - приведённый угол трения.

3. Расчёт открытой цепной передачи

3.1 Определить шаг цепи, Р, мм

;

где: -коэффициент эксплуатации, который представляет собой произведение пяти поправочных коэффициентов, учитывающих различные условия работы передачи.

;

-число зубьев ведущей звездочки

15;

-передаточное число цепной передачи

U_оп=3,77;

-допускаемое давление в шарнирах цепи

=19,6 МПа;

-вращающий момент на ведущей звездочке

=99540 Н·мм;

-число рядов цепи

=1;

3.2 Определяем число зубьев ведомой звездочки

;

;

По полученному значению Р принимают согласно ГОСТ 13568 стандартную величину шага цеп и выписывают все параметры цепи

T,мм	В, мм	,мм	,мм	S,мм2	h,мм	B,мм	F,Н	q,г/м
25,4	39	7,95	15,85	179,7	24,2	15,88	55622	2,6

3.3 Проверка условия обеспечения износостойкости цепи

n<(n1) (n1)=800 об/мин n=290 об/мин

;

P-среднее давление в шарнирах цепи, МПа;

;

F_t - окружная сила, Н;

;

V - скорость цепи, м/с;

;

;

;

[P]_табл=15,875

;

;

;

Недогрузка 2,3%

3.4 Определение геометрических параметров передачи

;

мм;

1) Определяем число звеньев цепи:

;

2) Уточняем межосевое расстояние:

,мм;

мм

- монтажное межосевое расстояние

мм

3) Определяют делительные «d» и наружные «» диаметры ведущей и ведомой звездочек:

, мм;

;

;

мм;

где : К-коэффициент высоты зуба, величину которого определяют в зависимости от геометрической характеристики зацепления

;

;

отсюда К=0.555 ,следовательно:

3.5 Проверка коэффициента запаса прочности(S)

;

где: разрушающая нагрузка, Н

динамический коэффициент

масса 1 м цепи

коэффициент, учитывающий положение цепи

допускаемый запас прочности