Размещено на http://www.allbest.ru/

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. Кинематическая схема привода может включать, помимо редуктора, открытые зубчатые передачи, цепные или ременные передачи. Указанные механизмы являются наиболее распространенной тематикой курсового проектирования. узел привод вал редуктор

Назначение редуктора - понижение угловой скорости и соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим. Механизмы для повышения угловой скорости, выполненные в виде отдельных агрегатов, называют ускорителями или мультипликаторами.

Редуктор состоит из корпуса (литого чугунного или сварного стального), в 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 (например, внутри корпуса редуктора может быть помещен шестеренный масляный насос) или устройства для охлаждения (например, змеевик с охлаждающей водой в корпусе червячного редуктора).

Редуктор проектируют либо для привода определенной машины, либо по заданной нагрузке (моменту на выходном валу) и передаточному числу без указания конкретного назначения. Второй случай характерен для специализированных заводов, на которых организовано серийное производство редукторов.

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.).

Возможности получения больших передаточных чисел при малых габаритах обеспечивают планетарные и волновые редукторы.



1. Краткое описание работы привода

Источником механической энергии в данном приводе является асинхронный электродвигатель 4А160S6. На валу двигателя установлен ведущий шкив ременной передачи, посредством которой вращение передается на ведомый шкив, установленный на входном валу конического редуктора. Ременная передача имеет передаточное число u_РП= 2. Ременные передачи обладают следующими достоинствами: простота конструкции; плавность и бесшумность работы; невысокие требования к точности расположения деталей передачи; предохранение от перегрузки за счет возможности проскальзывания ремня по шкиву. Наряду с достоинствами ременные передачи обладают и некоторыми существенными недостатками: большие габариты; непостоянство передаточного числа из-за проскальзывания ремня по шкиву; большая нагрузка на валы и опоры; низкая долговечность ремней.

Конический редуктор служит для увеличения вращающего момента посредством уменьшения угловой скорости вращения и имеет передаточное число u_ЧП= 2. К достоинствам конических передач относятся: большая долговечность и бесшумность работы; повышенная кинематическая точность, что особенно важно для делительных устройств, высокий КПД, небольшие нагрузки на опоры и валы .

Далее вращающий момент передается на звездочку установленную на тихоходный вал конического редуктора, а с нее по средством цепной передачи на ведомую звездочку, которая приводит в действие конвейер. Цепная передача имеет передаточное число u_ЦП = 4. На данном участке привода также происходит увеличение крутящего момента, и на валу ведомой звездочки получаем мощность 8 кВт при угловой скорости 6,5 с^-1.



2. Выбор электродвигателя и кинематический расчёты привода

Принимаем общий КПД привода:

.

где , , ,-коэффициенты полезного действия открытой передачи, закрытой передачи, подшипников качения.

Требуемую мощность двигателя P_треб определяем по формуле:

кВт.

Для выбора двигателя, кроме мощности P_треб, необходимо ориентировочно определить его синхронную частоту вращения n_синхр=1000 мин^-1.

Выбираем асинхронный двигатель 4А160S6 со следующими техническими данными:

P_ном=11 кВт;n_ном=975 мин^-1;

Частота вращения рабочей машины:

.

Общее передаточное отношение привода

.

Распределяем _ред между закрытой передачей редуктора и двумя открытыми. Для закрытой передачи принимаем стандартное передаточное отношение .

Найдем передаточное отношение открытых передач



.

.

Определим мощность на каждом валу.

.

.

.

Определим частоты вращения валов редуктора, а также вращающий Т Частоты вращения валов редуктора:

.

.

.

Определим угловую скорость на каждом валу

.

.

.

.

Определим вращающий момент на деталях передач редуктора.



.

.

.

.

Составим таблицу по выполненным расчетам.

Таблица 1 - Результаты расчетов.

№вала	P,		n,	T,
1	9,41	104	975	92,2
2	9,1	52	488	178
3	8,7	26	244	341
4	8	6,5	62	1230

3. Расчёт открытой передачи редуктора

Определяем шаг цепи.

;

где - вращающий момент на ведущей звездочке, .

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

;



.

- число зубьев ведущей звездочки

;

.

где - передаточное число цепной передачи.

- допускаемое давление в шарнирах цепи, Н/

- число рядов цепи, .

.

Принимаем шаг 38,1.

Число зубьев ведомой звездочки.

.

Округляем до целого нечетного числа и принимаем .

Фактическое передаточное число и его отклонение от

заданного .

;

;

.

Оптимальное межосевое расстояние.

где Р- стандартный шаг цепи. ;



;

. -межосевое расстояние в шагах.

число звеньев цепи.

;

.

Принимаем .

Межосевое расстояние в шагах.

;

.

Фактическое межосевое расстояние , мм.

;

.

Монтажное межосевое расстояние .

Длина цепи l, мм.

;



.

Диаметры звездочек.

Ведущая звездочка:

;

38,1/(sin 180°/21).

Ведомая звездочка:

;

.

Диаметр окружности выступов

Ведущая звездочка:

;

.

Ведомая звездочка:

;

.

где - коэффициент высоты зуба;

- коэффициент числа зубьев.

Диаметр окружности впадин:

Ведущей звездочки



;

;

Ведомой звездочки

;

;

Проверочный расчет

Частота вращения меньшей звездочки.

где - частота вращения тихоходного вала редуктора, об/мин

- допускаемая частота вращения.

об/мин

Число ударов цепи о зубья звездочек.

.

где - расчетное число ударов цепи;

- допускаемое число ударов.

;

;

.

Условие выполняется.

Фактическая скорость цепи.

.

Окружная сила, передаваемая цепью.



;

где - мощность на ведущей звездочке

.

Давление в шарнирах цепи.

;

где А- площадь проекции опорной поверхности шарнира.

.

Прочность цепи.

;

Где - допускаемый коэффициент запаса прочности для роликовых цепей. .

- расчетный коэффициент запаса прочности.

;

где - разрушающая нагрузка цепи, Н.

- окружная сила, передаваемая цепью, Н.

;



;

.

Сила давления цепи на вал.

,

где - коэффициент нагрузки вала.

.

4. Расчёт закрытой передачи редуктора

Материал

Термообработка шестерни - улучшение, твёрдость поверхности зубьев 235…262 HВ материал Сталь40Х для колеса - нормализация, твёрдость поверхности зубьев 179…207 НВ материал Сталь45

Средние твёрдости поверхностей зубьев шестерни:

Средние твёрдости поверхностей зубьев колеса:

Допускаемые контактные напряжения.

Коэффициент безопасности :



Окончательно для дальнейших расчётов принимаем

Допустимые напряжения изгиба принимаем

.

Внешний делительный диаметр колеса.

где ,

,

передаточное число редуктора

Принимаем стандартное значение 280 мм.

Углы делительных конусов шестерни и конуса.

;

Внешнее конусное расстояние.



Ширина зубчатого венца шестерни и колеса.

;

где - коэффициент, ширины венца.

Округляем до целого числа по ряду 40

Внешний окружной модуль.

где - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине венца, =0,85;

Число зубьев колеса и шестерни.

Фактическое передаточное число и его отклонение.

.



Действительные углы делительных конусов шестерни и колеса.

;

Коэффициент смещения инструмента.

Фактические внешние диаметры шестерни и колеса.

Делительный диаметр:

- шестерня

мм.

- колеса

мм.

Диаметр вершин зубьев: - шестерня



мм.

- колеса

мм.

Диаметр впадин зубьев:

- шестерня

мм.

- колеса

мм.

Средний делительный диаметр шестерни и колеса.

;

.

Проверочный расчет

Пригодность заготовок колес.

Шестерня

Колесо Подходит любой размер. Контактные напряжения.



;

где

- окружная сила в зацеплении.

;

Допускается перегруз передачи на5% и недогруз на 10%

; Напряжение изгиба зубьев шестерни и колеса.

;

;

Где - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями прямозубых колес. - коэффициент, динамической нагрузки.

- коэффициенты формы зуба шестерни и колеса.

- допустимые напряжения изгиба шестерни и колеса.

.

.

.

.

5. Выбор конструкции и ориентировочный расчет валов

Для изготовления валов будем применять сталь 40Х. Разработка конструкции быстроходного вала-шестерни. 1-я ступень вала с цилиндрическим хвостовиком под шкив.



;

где - Крутящий момент, равный вращающему моменту на валу, Н

, Н/- для быстроходных валов применяют большее значение, принимаем Н/

,

принимаем .

;

.

Принимаем мм.

2-я ступень вала, под уплотнение крышки.

;

t=2,5мм.

.

,

.

3-я ступень вала, под шестерню.

;

. .

4-я ступень вала, под подшипник.



,

.

5-я ступень вала, упорная.

,

.

Разработка конструкции тихоходного вала.

1-я ступень вала с цилиндрическим хвостовиком.

;

где - Крутящий момент, равный вращающему моменту на валу, Н

, Н/- для тихоходных валов применяют меньшее значение, принимаем Н/

,

принимаем .

;

.

Принимаем мм.

2-я ступень вала, под уплотнение крышки.

;



t=3,3мм.

.

.

3-я ступень вала, под колесо.

;

.

.

.

4-я, 5-я ступень вала, под подшипник.

,

.

6. Выбор подшипников и эскизная компоновка редуктора

Предварительный выбор подшипников:

Быстроходный вал

Выбираем роликовые конические подшипники типа 7000, средней серии. Угол контакта =11….

Схема установки подшипников - врастяжку.

Тихоходный вал

Выбираем роликовые конические подшипники типа 7000, легкой серии.

Угол контакта =11….

Схема установки подшипников - врастяжку.

На быстроходный вал устанавливаем подшипник 7310 и 7510.

Подшипник 7310:

;; ; ; ; ; ;

; ; ; ; ; ;

Подшипник 7510:

;; ; ; ; ;

;

; ; ; ; ; ;

На тихоходный вал устанавливаем подшипники 7214.

;; ; ; ; ;;; ; ; ; ; ;

7. Выбор конструкций корпусных деталей и их расчет

Толщина стенки корпуса и ребер жесткости:

.

.

Толщина стенки крышки корпуса:

.

Толщина фланца корпуса:

.



Толщина фланца крышки:

.

Толщина лапы корпуса:

.

Диаметр винтов стягивающих корпус и крышку:

.

Принимаем винт с резьбой: М10

Минимальный диаметр прилива корпуса вокруг подшипника качения (диаметр бабышки):

Для быстроходного вала:

Где D - наружный диаметр соответствующего подшипника

Диаметр винтов крепления корпуса (фундаментных):

.

Принимаем винт с резьбой: М14

Диаметр штифтов:

.



Расстояние от оси винта до плоского края:

.

То же до края отверстия:

.

Ширина фланца:

.

Ширина опорной поверхности корпуса (лапы корпуса):

.

Толщина внутренних рёбер:

.

Толщина наружных рёбер:

.

Минимальный зазор между колесом и корпусом:

.

Минимальное расстояние от колеса до дна корпуса:



.

Диаметр отверстия проушины:

.

Толщина проушины (крюка):

.

8. Проверочный расчет валов, подшипников

Определим реакции в подшипниках

Построение эпюр моментов быстроходный вал

Линейные размеры: l₁=0,044 м; l_б=0,1 м; l_м=1,05 м

Силы на колесе прямозубой цилиндрической передачи:

F_t1= F_t21= Н; F_r1= F_T1 H; ;

.

Вертикальная плоскость. Определяем опорные реакции

? M₃ = 0;;

= = 1225,8 Н.

? M₂ = 0;;

= = 1455,8 Н.



Проверка:

; .

- реакции найдены правильно.

Строим эпюру изгибающихся моментов относительно оси Х,

Радиальные реакции опор от сил в горизонтальной плоскости:

? M₃ = 0;;

= = 4979,6 Н.

? M₂ = 0;;

= = 2925,6 Н

Проверка:

;.

реакции найдены правильно.

Строим эпюру изгибающих моментов относительно оси Y,

; ; ; .

Строим эпюру крутящих моментов,

.

Суммарные радиальные реакции опор для расчета подшипников:



R_A = = 5128 Н;

R_B = =3267,7 Н.

Суммарный изгибающий момент

М₂ = .

М₃ = .

Проверочный расчет подшипников

Пригодность подшипников определяется сопоставлением расчетной динамической грузоподъемности с базовой или базовой долговечности с требуемой.

или .

;

где - эквивалентная динамическая нагрузка, Н.

m=3,33

- коэффициент надежности,.

- частота вращения внутреннего кольца подшипника соответствующего вала, об/мм.

.

Первый подшипник:

;



.

.

.

Определим долговечность подшипника

.

Подшипник пригоден.

Второй подшипник:

;

.

.

.

Подшипник пригоден.

Проверочный расчет быстроходного вала.

Определим напряжения в опасных сечениях вала, Н/мм.



;

.

Определим коэффициент концентрации нормальных и касательных напряжений для расчетного сечения вала.

;

;

где , - эффективные коэффициенты концентрации напряжений. - коэффициент влияния шероховатости. - коэффициент влияния поверхностного упрочнения.

Пределы выносливости в расчетном сечении вала, Н/.

; ;

.

Коэффициент запаса прочности в опасном сечении.



,

Общий коэффициент запаса прочности в опасном сечении

,

.

Коэффициент запаса прочности соответствует допустимому.

9. Смазывание передач и подшипников редуктора. Выбор сорта масла

При проектировании привода смазыванию подлежат передачи и подшипники. Цель смазывания - защита от коррозии, снижение интенсивности износа трущихся поверхностей, отвод тепла и продуктов износа от контактируемых поверхностей, а также снижение шума.

Для проектируемого редуктора принимаем картерную систему смазки, т.к. окружные скорости передачи .

При картерном способе смазывания подшипники обычно смазываются за счет разбрызгивания масла зубчатыми колесами, образования масляного тумана и попадания масла в подшипники за счет стекания его с валов и стенок корпуса. Для рассчитываемого редуктора условие надежной смазки разбрызгивание выполняется, т.е.

В качестве наружных уплотнений подшипниковых узлов с выходными концами валов используем армированные манжеты.

Выбираем сорт масла для проектируемого редуктора. Принимаем масло И-Г-С-68.

Количество масла для одноступенчатых редукторов принимается 0,4…0,8л. на 1 кВт. В конических редукторах должны быть полностью погружены в масляную ванну зубья колеса или шестерни, в нашем случае погружаем зубья колеса.

Наблюдение за уровнем масла в корпусе редуктора проводится с помощью маслоуказателя. В проектируемом редукторе контроль уровня масла проводим с помощью круглого маслоуказателя.

При длительной работе в связи с нагревом масла и воздуха повышается давлеие внутри корпуса. Это приводит к просачиванию масла через уплотнения и стыки. Что бы это избежать в редукторе предусмотрена пробка-отдушина.

10. Выбор и обоснование посадок и квалитетов точности для всех сопряжений привода

Для посадки колеса на вал будем использовать переходную посадку, так как в соединении присутствует шпонка. Точность изготовления посадочного отверстия в колесе практически не имеет значения, и поле допуска его может быть выбрано, согласно рекомендации, например H7 поле допуска посадочной поверхности вала - m6.

Для посадки подшипников будем использовать переходную посадку, поверхность валов и отверстий берем 6-му квалитету.

Переходные посадки предназначены для неподвижных, но разъемных соединений. К таким сопряжениям предъявляют высокие требования к центрированию деталей. Переходные посадки характерны тем, что образуют как зазоры, так и натяги. Для обеспечения неподвижности соединения необходимо применять дополнительные крепежные средства. Натяги в переходных посадках имеют сравнительно небольшую величину и обычно не требуют расчета на прочность, за исключением тонкостенных деталей. Чем больше вероятность получения натягов, тем более прочной является посадка. Поэтому переходные посадки применяют для более точного центрирования деталей при ударных и вибрационных нагрузках, а иногда обходятся без дополнительного крепления. Стандартные поля допусков для переходных посадок находят широкое применение для посадочных поверхностей подшипников качения с посадочными поверхностями валов и корпусов изделия. Переходные посадки в основном используют в относительно точных квалитетах: в сопряжениях валов по 4-7-му и отверстий по 5-6-му. Выбор переходных посадок чаще всего производят по аналогии с хорошо работающими соединениями.

11. Обоснование выбора отклонений размеров, формы, взаимного расположения, параметров шероховатости поверхности

При изготовлении деталей неизбежно возникают погрешности не только линейных размеров, но и геометрической формы, а также в относительном расположении осей, поверхностей и конструктивных элементов деталей. Эти погрешности могут оказывать вредное влияние на работоспособность деталей машин. Например, цилиндрически цапфа вала в процессе ее обработки может получить овальную форму в поперечном сечении и (или) седлообразную - в продольном. После монтажа подшипника качения на эту поверхность его внутреннее кольцо может деформироваться, что приведет к нарушению нормальных условий работы подшипника. Чтобы ограничить подобные отклонения, на чертежах задают допуски формы и взаимного расположения поверхностей.

Числовые значения допусков формы и взаимного расположения в основном определяются в зависимости от принятой степени точности изготовления, геометрического размера, величины его допуска, вида сопрягаемых деталей.

Действительные поверхности деталей машин отличаются от номинальных (заданных в технической документации) наличием неровнос тей, образовавшихся при обработке поверхности и обусловленных ко лебанием инструмента и детали в процессе обработки, дефектами ин струмента и другими причинами. Неровности, у которых отношение шага к высоте менее 50, принято называть шероховатостью. Шероховатость поверхностей существенно влияет на эксплуатационные свойства деталей (снижает прочность, коррозионную стойкость, жесткость деталей, увеличивает интенсивность изнашивания).

Параметры, характеризующие шероховатость поверхности, уста новлены ГОСТ 25142-82. Наибольшее применение в машиностроении получили:

Rа - среднее арифметическое отклонение профиля, мкм; и Rz-высоте неровностей профиля по десяти точкам (пяти максимальным выступам и пяти максимальным впадинам), мкм, определяемые на базовой длине. Отсчет этих величин ведется от базовой (средней) линии, имеющей форму номинального профиля поверхности и проведенной так, что среднее квадратичное отклонение профиля от этой линии в пределах базовой длины минимально.

Шероховатость зависит от вида сопряжения деталей, а также условий эксплуатации, назначения детали и т.д.



Список используемых источников

1. Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин,1999

2. Куклин Н. Г., Куклина Г. С., Детали машин М. Высшая школа, 1979.

3. Васильцов С. В., Винокуров В. А., Земзин В. Н. Проектирование сварных конструкций в машиностроении/ Под ред. С. А. Куркина. М.: Машиностроение, 1974.

4. Иванов М. Н. Детали машин курсовое проектирование.- Учебное пособие для машиностроительных ВУЗов, М.: Высшая школа, 1975.

5. Дунаев П. Ф. Конструирование узлов и деталей машин.- Учебное пособие для ВУЗов, М. Высшая школа, 1985.

Размещено на Allbest.ru