Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

Контрольная работа

по дисциплине: Прикладная механика

на тему: Привод червячного редуктора

Выполнил:

Чупахин С.М.

Руководитель:

Решетникова Е.С.

Магнитогорск, 2012 год



Содержание

1. Выбор электродвигателя. Кинематический расчет привода

2. Расчет редуктора

3. Предварительный расчет валов редуктора

4. Конструктивные размеры корпуса редуктора

5. Расчёт цепной передачи

6. Проверка долговечности подшипников

7. Тепловой расчёт червячного редуктора

8. Выбор масла



1. Выбор электродвигателя. Кинематический расчет привода

Принимаются следующие значения КПД:

- КПД цепной передачи: ₁=0,93;

- КПД червячной передачи: ₂=0,75.

Общий КПД определяется по формуле:

_ОБЩ = ₁* ₂ = 0,93* 0,75 = 0,78

Определяется требуемая мощность электродвигателя по формуле:

По ГОСТ 19523-81 принимается исходя из синхронной частоты вращения электродвигатель марки 4А160S4, характеристики которого:

- Мощность двигателя: Р_ДВ = 15 кВт.;

- Номинальная частота вращения: n_НОМ = 1500 об/мин.

n_дв = 1500 - 0,23 * 1500 = 1465,5 об/мин.

Угловая скорость:

Диаметр выходного конца вала ротора

Определяем общее передаточное число привода по формуле:



Предварительно принимается по ГОСТ для U_ч=10 тогда определяется число для цепной передачи по формуле:

Момент силы на червяке:

Таблица - Моменты, частоты вращения и угловые скорости редуктора:

	Т,	n, мин-1	, с-1
А	108	1465,5	153,5
В	1080	146,55	15,35
С	3769,2	42	1,4

2. Расчет редуктора

Выбор материала.

Выбираем материал червяка и венца червячного колеса. Принимаем для червяка сталь 45 с закалкой до твёрдости 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 . Тогда при длительной работе допускаемое контактное напряжение . Допускаемое напряжение изгиба для нереверсивной работы:



В этой формуле при длительной работе.

Вращающий момент на валу червячного колеса:

Т₂ = 1080 Н * м = 1080 * 10³ Н * мм

Принимаем предварительно коэффициент нагрузки К=1,2.

Принимаем предварительно коэффициент диаметра червяка q=10.

Определяем межосевое расстояние из условия контактной выносливости:

=230

Модуль:

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

Межосевое расстояние при стандартных значениях m и q:

Основные размеры червяка.

Диаметр вершин витков червяка:

d_a1 = d₁ + 2m = 80 + 2 * 10 = 100

Диаметр впадин витков червяка:



d_f1 = d₁ - 2,4 m = 80 - 2,4 * 10 = 56

Длина нарезной части шлифованного червяка:

b₁ (12,5 + 0,009 * z₂) * m +35 = (12,5 + 0,009 * 40) * 10 + 35 = 196

Принимаем b₁=196 мм.

Делительный угол подъёма витка при z₁=4 и q=8 и .

Основные размеры венца червячного колеса:

- делительный диаметр червячного колеса:

d₂ = z₂m = 40 * 10 = 400

- диаметр вершин зубьев червяного колеса:

d_a2 = d₂ + 2m = 400 + 2 * 10 = 420

- диаметр впадин зубьев червяного колеса:

d_f2 = d₂ - 2,4 m = 400 - 2,4 * 10 = 376

- наибольший диаметр червяного колеса:

- ширина венца червячного колеса:



- окружная скорость червяка:

- скорость скольжения:

При этой скорости

Отклонение к тому же межосевое расстояние было получено а после выравнивания m и qпо стандарту было увеличено до . Уточняем КПД редуктора:

Коэффициент динамичности .

Коэффициент неравномерности распределения нагрузки:

Где коэффициент деформации червяка при q=8 и z₁=4, O =47. Примем вспомогательный коэффициент x=0,6.

.

Коэффициент нагрузки:



Проверяем контактное напряжение:

Результат расчёта следует признать удовлетворительным, так как расчётное напряжение ниже допустимого. Проверка прочности зубьев червячного колеса на изгиб. Эквивалентное число зубьев:

Коэффициент формы зуба Y_F=2,22.

Напряжение изгиба:

- что значительно меньше выше вычисленного

3. Предварительный расчет валов редуктора

Крутящие моменты в поперечных сечениях валов (вал колеса):



Диаметр выходного конца ведущего вала по расчёту на кручении при :

Но для соединения его с валом электродвигателя примем d_в1=d_дв, диаметры подшипниковых шеек d_п1=55 мм. Параметры нарезной части:

d_f1 = 56 мм.;

d₁ = 80 мм.;

d_а1 = 100 мм.

Длина нарезной части b₁ = 196 мм.

Расстояние между опорами червяка примем l₁ = d_аМ2.

Расстояние от середины выходного конца до ближайшей опоры f₁=100 мм.

Ведомый вал.

Диаметр выходного конца:

мм.

Принимаем d_В2 = 65 мм.

Диаметр подшипниковых шеек принимаем d_П2 = 65 мм, диаметр вала в месте посадки червячного колеса d_К2 = 70 мм.

Диаметр ступицы червячного колеса:

d_cm2 = (1,6ч1,8) *·d_k2 = (1,6ч1,8)·* 70=112ч126 мм.

Принимаем d_ст2 = 115 мм.

Длинна ступицы:

l_cm2 = (1,2ч1,8)·* d_k2 = (1,2ч1,8)·* 60 = 84 ч 126



4. Конструктивные размеры корпуса редуктора

Толщина стенок корпуса и крышки:

д = 0,04·* a + 2 = 0,04·* 240 + 2 = 11,6

Принимаем д=12 мм.

д₁ = 0,032·* a + 2 = 0,032·* 240 + 2 = 9,68

Принимаем д₁=10 мм.

Толщина фланцев (поясов) корпуса и крышки:

- верхнего пояса корпуса и пояса крышки: верхнего пояса корпуса:

b = 1,5 *·д = 1,5 *·12 = 18

- нижнего пояса корпуса, при наличии бобышек:

p₁ = 1,5 *·д₁ = 1,5·* 12 = 18

p₂ = (2,25 / 2,75) * д = (2,25 / 2,75) * 12 = 27 / 33

Принимаем Р₂ = 30 мм.

Диаметры болтов:

- фундаментных:

d₁ = (0,03 / 0,036) * а + 12 = (0,03 / 0,036) * 240 + 12 = 19,2 / 20,64

Принимаем фундаментные болты с резьбой М20, диаметры болтов d₂ = 18 мм, d₃ = 14 мм.



5. Расчёт цепной передачи

Выбираем цепь приводную роликовую однорядную ПР и определяем её шаг.

Вращающий момент на ведомой звёздочке:

Т₂ = 1080 Нм;

К_э = 2,33.

Числа зубьев звёздочек:

- ведущей:

- ведомой:

Среднее значение 23 K.

K = 1 + 0,01 * (z₁ - 17) = 1 + 0,01 * (24 - 17) = 1,07

p = 24,61 МПа.

Находим шаг цепи:

Принимаем ближайшее большее значение t=50,8 мм, проекция опорной поверхности шарнира A_оп = 646 мм², разрушающая нагрузка Q = 226,5 кН, q = 9,7 кг/м.

Проверяем цепь по двум показателям.

А) по частоте вращения цепи с шагом t=50,8, частота вращения n₂ = 300 об/мин, условие выполнено.

Б) по давлению в шарнирах для данной цепи при 146 об/мин значении p = 21,5 МПа, а с учётом примечания p = 24,61 МПа.

Расчётное давление:

Где:

Условие выполнено.

Определяем число звеньев цепи. Предварительно находим суммарное число зубьев.

Z_? = Z₁ + Z₂ = 24 + 84 = 108

Поправка:

Округляем до чётного числа L_t = 96.

Уточняем межосевое расстояние:



a = 50 * t = 50 * 50,8 = 2540

Для свободного провисания цепи предусматриваем возможность уменьшения межосевого расстояния на 0.4%, т. е., на 28,93 * 0,004 = 0,16 мм.

Определяем диаметры делительных окружностей звёздочек.

Ведущей:

Ведомой:

Определяем диаметры наружных окружностей звёздочке.

Ведущей: (d₁=28,58):

Ведомой:

Определяем силы действующие на цепь.

Окружная F_t = 959,69 Н.

Центробежная:



F_v * qv² = 9,7 * 10,42² = 1053 Н

От провисания цепи:

F_f = 9,81 * K_f * aq = 9,81 * 1,5 * 9,7 * 2,54 = 362,6

Расчётная нагрузка на валы:

F_B = F_t + 2 * F_f = 959,69 + 2 * 362,6 = 1684,9

Проверяем коэффициент запаса прочности S:

Нормативный коэффициент запаса прочности S =10,1.

6. 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:

Ведущий вал:

Расстояние между опорами l=d_aM2.

Диаметр d₁=80 мм.

Определим данные для эпюры быстроходного вала.

В плоскости xz:

А) Определим опорные реакции, Н:

Проверка:

= -1350 + 2700 - 1350 = 0

Б) Построим эпюру изгибающих моментов:

В плоскости yz:

А) Определим опорные реакции, Н.

Б) Построим эпюру изгибающих моментов:

Строим эпюру крутящих моментов, Нм:

Т₂ = 1080Нм.

Определим суммарные радиальные реакции:

Осевые составляющие радиальных реакций шариковых радиально-упорных подшипников:

Где для подшипников шариковых радиально-упорных с углом коэффициент осевого нагрузки e = 0,68.

Осевые нагрузки подшипников. В нашем случае:



Рассмотрим левый подшипник:

- осевую нагрузку не учитываем.

Эквивалентная нагрузка

P_э1 = Рr1 * VKбKT = 1433 * 1,3 = 1863

Где для приводов винтовых конвейеров K_б=1,3. Коэффициенты V=1, и К_Т=1. Долговечность определяем по более нагружённому подшипнику.

Рассмотрим правый подшипник.

Поэтому эквивалентную нагрузку определяем с учётом осевой:

Р_э2 = (Х *·VP_r2 + Y *·P_a2) * К_бК_т = (0,41 * 2007 * 1 + 0,87 * 2700) * 1,3 = 4123 * Н = 4,123

Где Х=0,41 и Y=0,87.

Расчётная долговечность, млн. об.:



Где:

С=61,4.

Расчётная долговечность, ч.:

Где:

n = 1465,5 об/мин - частота вращения вала червяка.

Ведомый вал: Расстояние между точками приложения радиальных реакций l₁=170 мм., l₂ = 75 мм., l₃ = 80 мм., диаметр d₂ = 400 мм.

В плоскости xy:

А) Определим опорные реакции, Н:

Проверка:

Б) Построим эпюру изгибающих моментов:



В плоскости zy:

А) Определим опорные реакции, Н:

Проверка:

- 1191 + 6995 - 1965 - 3839 = 0

Б) Построим эпюру изгибающих моментов:

Строим эпюру крутящих моментов, Т₂ = 1080 Нм.

Определим суммарные радиальные реакции:



Осевые составляющие радиальных реакций шариковых радиально-упорных подшипников:

Где для подшипников радиальных конических коэффициент влияния e = 0,41.

Осевые нагрузки подшипников.

Рассмотрим правый подшипник:

- поэтому при подсчёте эквивалентной нагрузки осевые силы не учитываем.

Эквивалентная нагрузка:

P_э3 = Рr3 * VKбKT = 5486 * 1,3 = 7132

Долговечность определяем по более нагружённому подшипнику.

Рассмотрим левый подшипник:

Мы должны учитывать силы и определить эквивалентную нагрузку:

Р_э4 = (Х *·VP_r4 + Y *·P_a4) * К_бК_т = (0,4 * 7001 * 1 + 1,459 * 7267) * 1,3 = 17424 * Н = 17,424

Где:

Х=0,4;

Y=1,459.

Расчётная долговечность, млн. об.:

Где:

С = 65кН.

Расчётная долговечность, ч.:

Где:

n = 146,55 об/мин - частота вращения ведомого вала.

7. Тепловой расчёт червячного редуктора

Для редуктора площадь теплоотводящей поверхности Условие работы редуктора без перегрева при продолжительной работе:



Где:

Р_ч = 5 кВт - требуемая для работы мощность на червяке.

Считаем, что обеспечивается достаточно хорошая циркуляция воздуха, и принимаем коэффициент теплопередачи:

Допускаемы параметр температур .

Для уменьшения следует, соответственно увеличит теплоотдающую поверхность, сделав корпус ребристым.

8. Выбор масла

электродвигатель редуктор подшипниковый

Смазка закрытого зубчатого зацепления производится окунанием червяка в масло (этот способ рекомендован при окружной скорости от 0,3 до 12,5 м/с), заливаемого внутрь корпуса до уровня примерно 50 мм.

При этом червяк погружается в смазочный материал на 10 мм.

При окружной скорости передачи в диапазоне от 6 м/с рекомендуемая вязкость масла . принимаем смазочное масло авиационное марки МС-22 по ГОСТ 17479.4-78.

Размещено на Allbest.ru