Разработка редуктора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Техническое задание на проэктирование

1. Кинематический расчет привода

2. Выбор материалов, их механические свойства и расчет допускаемых напряжений

3. Основные размеры передачи

4. Предварительный расчет валов

5. Первый этап компоновки редуктора

6. Подбор и проверка долговечности подшипников

7. Второй этап компоновки редуктора

8. Тепловой расчет редуктора

9. Проверка прочности шпоночных соединений

10. Уточненный расчет валов

11. Выбор посадок

12. Выбор сорта масла

13. Сборка редуктора

Спецификация

Литература

Введение

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

Назначение редуктора - понижение угловой скорости и повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим.

Редуктор состоит из литого чугунного корпуса, в котором помещены элементы передачи - червяк, червячное колесо, подшипники, вал и пр.

Входной вал посредством плоскоременной передачи соединяется с двигателем, выходной - с конвейером.

Червячные редукторы применяют для передачи движения между валами, оси которых перекрещиваются.

Так как КПД червячных редукторов невысок, то для передачи больших мощностей в установках, работающих непрерывно, проектировать их нецелесообразно. Практически червячные редукторы применяют для передачи мощности, как правило, до 45кВт и в виде исключения до 150кВт.

Разработка редуктора выполнялась на основе теории зубчатых передач. При расчете отдельных элементов устройства использованы теории прочности (проектирование валов, расчет шпонок) и надежности (выбор подшипников).

В результате работы спроектирован редуктор, обеспечивающий заданные параметры и разработан его общий вид. Объем проведенных расчетов и конструкторских проработок позволяет перейти к разработке комплекта технической документации на одноступенчатый червячный редуктор общего назначения.

Задание

Спроектировать червячный редуктор с нижним расположением червяка

Кинематическая схема

Рисунок 1 - кинематическая схема привода.

Исходные данные

Вращающий момент на тихоходном валу, Н м 1400

Передаточное число редуктора 16

Частота вращения входного вала, об/мин 1500

1. Кинематический расчет привода

1.1 Определение требуемой мощности электродвигателя.

Где P_k - мощность, необходимая для работы конвейера

рад/с - угловая скорость

Н м

- коэффициент полезного действия общий.

По таблице П1 приложения требуемой мощности Р_ТР = 20,2кВт выбираем электродвигатель трёхфазный короткозамкнутый серии 4А закрытый обдуваемый с синхронной частотой вращений 1500 об/мин 4А180S4У3, с параметрами Р_дв = 22 кВт и скольжением 2,0%. Номинальная частота вращения n_дв = (1-S)n=(1-0.02)1500=1470 об/мин

Угловая скорость

рад/с

По таблице П2 диаметр выходного конц вала ротора d_дв=48 мм

об/мин

2. Выбор материалов, их механические свойства и расчет допускаемых напряжений

2.1 Выбор материалов червяка и червячного колеса

Для венца червячного колеса примем бронзу БрА9ЖЗЛ (отливка в песчаную форму).

Для червяка сталь 45 с закалкой до твердости не менее HRC 45 и последующим шлифованием.[таблица 4.8, стр. 66].

Предварительно примем V_S = 5 м/c. Тогда при длительной работе допускаемое контактное напряжение [ ?_н]=155 МПа [табл 4.9]. Допускаемое напряжение изгиба для нереверсивной работы[ ?_OF]= К_FL[ ?_OF]. В этой формуле К_FL=0,543 при длительной работе, когда число циклов нагружения зуба N_?>25х10⁷; [ ?_OF]`=98 МПа [по табл. 4.8].

[ ?_OF].=0,543х98=53,3 МПа

Принимаем предварительно коэффициент диаметра червяка q = 8.

Вращающий момент на валу червячного колеса

Число витков червяка Z₁ принимаем, в зависимости от передаточного числа при U = 16 принимаем Z₁ = 2

Число зубьев червячного колеса

Z₂ = Z₁ x U = 2 x 16 = 32

2.2 Определение межосевого расстояния и расчет на контактную выносливость и на выносливость при изгибе

Коэффициент неравномерности распределения нагрузки

(формула 4.26)



В этой формуле коэффициент деформации червяка при q =8 и Z₁ =2 по таблице (4.6) принимаем .

При незначительных колебаниях нагрузки вспомогательный коэффициент Х =0,6 (стр. 65 1)

Коэффициент нагрузки

Определяем межосевое расстояние исходя из условия контактной прочности.

Находим модуль червячной передачи m:

Принимаем по ГОСТ2144-76 (таблица 4.1 и 4.2) стандартные значения

m = 12,5, q = 8

Тогда пересчитываем межосевое расстояние по стандартным значениям m, q и Z₂:

Принимаем aw = 250 мм.

3. Основные размеры передачи

Делительный диаметр червяка

Диаметр вершин витков червяка

Длина нарезной части шлифованного червяка (по формуле 4.7)

Делительный угол подъема Y (по таблице 4.3) при Z₁ = 2 и q =8;

Принимаем Y = 14 ?02?

Основные размеры венца червячного колеса:

Делительный диаметр червячного колеса

d₂ = Z₂ x m = 32 x 12,5 = 400мм

Диаметр вершин зубьев червячного колеса

Диаметр впадин зубьев червячного колеса

Наибольший диаметр червячного колеса

Ширина венца червячного колеса (формула 4.12)

Окружная скорость червяка.

Скорость скольжения.

При этой скорости [ ?_Н].145 МПа (см. табл. 4.9.) Отклонение к тому же межосевое расстояние по расчету было получено 245 мм, а после выравнивания m и q по стандарту было увеличено до 250 мм. Пересчет по формуле (4.19) делать не надо, необходимо лишь проверить [ ?_Н].Для этого уточняем КПД редуктора (4.14) при скорости V_S=7.7 м/с приведённый коэффициент трения для безоловянной бронзы и шлифованного червяка (табл 4.4) f`=0.025*1.5=0.0375 и приведённый угол трения `=1⁰30`.

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



По таблице (4.7) выбираем 7-ю степень точности передачи и находим значение коэффициента динамичности Kv = 1,0

Коэффициент неравномерности распределения нагрузки

(формула 4.26)

В этой формуле коэффициент деформации червяка при q =10 и Z₁ =4 по таблице (4.6) принимаем

При незначительных колебаниях нагрузки вспомогательный коэффициент Х =0,6 (стр. 65 1)

Коэффициент нагрузки

Проверяем контактное напряжение

< [G_H] = 145мПа.

Результат расчета следует признать удовлетворительный так как расчетное напряжение ниже допускаемого.

Проверяем прочность зубьев червячного колеса на изгиб.

Эквивалентное число зубьев.

Коэффициент формы зуба (по таблице 4.5) Y_F = 2,37

Напряжение изгиба

9,3 мПа

по формуле (4.24). Что значительно меньше вычесленого выше [?_OF].=53,3 Мпа

Крутящие моменты в поперечных сечениях валов:

Ведомого (вал червячного колеса)

Т_К2=Т₂=1400*10³ Н мм

Ведущего (червяк)

4. Предварительный расчет валов

Ведущий вал

Диаметр выходного конца при допускаемом напряжении (по формуле 8.16)

Но для соединения его с валом электродвигателя примем мм;

Диаметры подшипниковых шеек d_П1 = 50мм

Параметры нарезной части:

d_F1 = 70мм

d₁ = 100мм

d_а1 =125мм

Для выхода режущего инструмента при нарезании витков рекомендуется участки вала, прилегающие к нарезке протачивать до диаметра меньше d_F1

Длинна нарезной части b₁ = 197мм

Расстояние между опорами червяка l₁ =d_аМ2 = 444мм

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

Ведомый вал.

Диаметр выходного конца

Принимаем ближайшее большее значение из стандартного ряда (стр. 162)

Принимаем d_В2 = 65мм.

Диаметр вала под подшипниками d_П2 = 70мм

Под зубчатым колесом d_K2 = 75мм

Диаметр ступицы

Принимаем d_ст2 =125мм

Длинна ступицы

Принимаем L_ст2 =120мм

b₂ = 94мм

4.1 Конструктивные размеры корпуса редуктора

Толщина стенок корпуса и крышки

Принимаем

Принимаем

Толщина фланцев (поясов)корпуса и крышки

Толщина нижнего пояса корпуса при наличии бобышек

Принимаем

Диаметры болтов

Фундаментных

Принимаем болты с резьбой М22

Диаметры болтов

Принимаем

Принимаем

5. Первый этап компоновки редуктора

Компоновочный чертеж выполняем в двух проекциях -- разрез по оси колеса и разрез по оси червяка. Масштаб 1:1 вычерчиваем тонкими линиями. Примерно по середине листа параллельно его длинной стороне проводим осевую линию; вторую осевую, параллельную первой, проводим на расстоянии а_w = 250 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 Вычерчиваем подшипники червяка на расстоянии L₁ = d_ам2 = 444 мм один от другого, располагая их симметрично относительно среднего сечения червяка. Также симметрично располагаем подшипники вала червячного колеса. Расстояние между ними замеряем по чертежу L₂ = 125 мм.

Принимаем зазор между стенкой и ступицей червячного колеса

L₁ = 444мм; L₂ = 125мм; а₁ = 33мм; а₂ = 22мм; L_СТ2 = 120мм; aw = 250мм; d₁ = 100мм; d₂ =400мм.

В связи с тем что в червячном зацеплении возникают значительные осевые усилия, принимаем радиально упорные подшипники ; шариковые лёгкой серии для червяка и роликовые конические легкой серии для вала червячного колеса (таблица П6 и П7)

Условное обозначение подшипника	d	D	B	T	r	C kH	Co kH
46210	50	90	20	20	2	43,2	27,0



Условное обозначение подшипника	d	D	T	B	c	r	r1	C	Co	L	Y	Yo
7214	70	125	25,25	26	21	2,5	0,8	96,0	82,0	0,37	1,62	0,89

6. Подбор и проверка долговечности подшипников.

Силы в зацеплении

Окружная сила на червячном колесе , равная осевой силе на червяке.

Окружная сила на червяке равная осевой силе на колесе

Радиальные силы на колесе и червяке

При отсутствии спец требований червяк должен иметь правое направление витков

Вал червяка

Расстояние между опорами червяка l₁ = d_аМ2 = 444мм

Диаметр d₁ = 100мм

Реакции опор в плоскости X,Z

В плоскости Y, Z



Проверка

Суммарные реакции

Осевые составляющие радиальных реакций шариковых радиально упорных подшипников (по ф. 9.9).

где для подшипников шариковых радиально упорных с углом ?=26? коэффициент осевого нагружения е = 0,32

Осевые нагрузки подшипников

В данном случае

Тогда

Рассмотрим левый (первый) подшипник

Отношение осевую нагрузку не учитываем Эквивалентная нагрузка

Из табл. 9.19 примем =1,3 (умеренные толчки, вибрационная нагрузка, кратковременная перегрузка до 150% номинальной (расчетной) нагрузки).

где (по табл. 9.18)

Долговечность определяем по более нагруженному подшипнику

Рассмотрим правый (второй) подшипник

Отношение

Эквивалентную нагрузку определяем с учетом осевой.

где

Расчет на долговечность, млн.об (по формуле 9.1)

млн.об

Расчетная долговечность ч Ведомый вал

Расстояние между опорами червяка l₂ = 143мм

Диаметр d₂ = 400мм

Реакции опор в плоскости X,Z

В плоскости X, Z



Проверка

Суммарные реакции

Осевые составляющие радиальных реакций конических подшипников

где для подшипников 7214 коэффициент осевого нагружения е =0,37

Осевые нагрузки подшипников

В данном случае

Тогда

Рассмотрим правый подшипник с индексом (3)

Отношение поэтому при подсчете эквивалентной нагрузки осевые силы не учитываем

Эквивалентная нагрузка

где

В качестве опор ведомого вала применены одинаковые подшипники 7214

Долговечность определяем по более нагруженному подшипнику

Рассмотрим левый подшипник с индексом (4)

Отношение Эквивалентную нагрузку определяем с учетом осевой.

где для конических подшипников 7214

Расчет на долговечность, млн. об (по формуле 9.1)

млн.об

Расчетная долговечность ч

Столь большая долговечность объясняется тем что по условию монтажа диаметр шейки должен быть больше диаметра d_В2 = 65мм. Поэтому был выбран подшипник 7214.

7. Второй этап компоновки редуктора

Используем чертежи первого этапа компоновки. Второй этап представлен на листе и имеет целью конструктивно оформить основные детали -- червячный вал, вал червячного колеса, червячное колесо, корпус, подшипниковые узлы и др.

Уплотнение валов обеспечивается резиновыми манжетами. из оргстекла.

Конструируем стенку корпуса и крышки. Их размеры были определены ранее. Вычерчиваем фланцы и нижний пояс. Конструируем крюки для подъема. Устанавливаем крышки подшипников глухие и сквозные с манжетными уплотнениями. Под крышки устанавливаем металлические прокладки для регулировки. Конструкцию червячного колеса выполняем по [1], рис. 109, насаживая бронзовый венец на чугунный центр с натягом. Посадка Н7 / р6 по ГОСТ 25347-82

Вычерчиваем призматические шпонки:

на выходном конце вала червяка:

b * h * l = 14 * 8 * 40 мм

на выходном конце вала червячного колесаи под червячным колесом:

b * h * l = 20 * 12 * 80 мм

8. Тепловой расчет редуктора

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

По формуле (10.1) условие работы редуктора без перегрева при продолжительной работе

Где Р_ч=20,2 кВт=202000 Вт - требуемая для работы мощность на червяке.

Считаем, что обеспечивается достаточно хорошая циркуляция воздуха, и принимаем коэффициент теплопередачи k_t=28 Вт/(м²*⁰С). Тогда

Допускаемый перепад температур при нижнем червяке =60⁰.

Для уменьшения следует соответственно увеличить теплоотдающую поверхность пропорционально отношению , сделав корпус ребристым. A=0.88 м²

9. Проверка прочности шпоночных соединений

Здесь приведём проверку прочности лишь одного соединения

Сечение и длинна шпонки t x h x L = 16 x 10 x 80 ГОСТ 23360-78

Глубина паза t₁ = 6мм; L = 80мм

Момент T_K2 = T₂ =1400 x 10 ³Н мм

Напряжение смятия

- для Сталь 45

Условие _СМ < [_СМ] выполняется.

10. Уточненный расчет валов

Проверим стрелу прогиба червяка.

Приведенный момент инерции поперечного сечения червяка.

Стрела прогиба

Допускаемый прогиб

11. Выбор посадок

Посадки назначаем в соответствии с указаниями, данными в таблице (10,13)

Определяем предельное отклонение, предельные размеры, допуск, предельные зазоры или натяги, допуск посадки.

Посадка червячного колеса на вал O70мм по ГОСТ 25347-82

Посадка на вал редуктора O40мм по ГОСТ 25347-82

Посадка бронзового венца на чугунный центр

Шейки валов под подшипники выполняем с отклонением вала к6.

Отклонения отверстий в корпусе под наружный кольца по Н7

12. Выбор сорта масла

Смазывание зацепления и подшипников производится разбрызгиванием жидкого масла. При контактных напряжениях _н = 143 мПа и скорости скольжения Vs = 7,7м/с.

Рекомендуемая вязкость масла должна быть приблизительно равна 20 х 10^-6 м²/с

Принимаем масло авиационное МС-22

13. Сборка редуктора

редуктор привод передача подшипник

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 конические роликовые 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 диаметр червяка d_a1 = 96 мм, а наружный диаметр подшипников 7214 70 мм. Поэтому для нормальной сборки устанавливаем стакан.

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.

Для регулировки червячного зацепления необходимо весь комплект вала с червячным колесом смешать в осевом направлении до совпадения средней плоскости колеса с осью червяка. Этого добиваются переносом части прокладок с одной стороны корпуса на другую. Чтобы при этом сохранялась регулировка подшипников, суммарная толщина набора прокладок должна оставаться без изменения. Для обеспечения достаточного охлаждения редуктора устанавливают стандартную крыльчатку. Заливают в редуктор масло Собранный редуктор обкатывают и испытывают на стенде.

Использованная литература

1. Чернавский С.А., Боков К.Н., Черник И.М. и др.-- М.: Машиностроение, 1987 -- 416 с.

2. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование. Учебное пособие для машиностр. спец. техникумов.-- Высш. шк., 1990 - 399с

3. Чернилевский В.В. Детали машин и механизмов. Курсовое проектирование.-- К.: 1987 г.

Размещено на Allbest.ru