Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

зубчатый передача вал зацепление

Редуктор - механизм, служащий для уменьшения частоты вращения и увеличения вращающего момента. Редуктор, законченный механизм, соединяемый с двигателем и рабочей машиной муфтой или другими разъемными устройствами. Редуктор состоит из корпуса (литого чугуна или стального сварного). В корпусе редуктора размещены зубчатые или червячные передачи, неподвижно закрепленные на валах. Валы опираются на подшипники, размещенные в гнездах корпуса; в основном используют подшипники качения. Тип редуктора определяется составом передач, порядком их размещения в направлении от быстроходного вала к тихоходному и положением осей зубчатых коле в пространстве.

Назначение редуктора - понижение угловой скорости и повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим. Принцип действия зубчатой передачи основан на зацеплении пары зубчатых колес. Достоинством зубчатых передач является: высокий КПД, постоянство передаточного отношения и широкий диапазон мощностей.

В данной работе разрабатывается редуктор цилиндрический одноступенчатый прямозубый горизонтальный.



1. Расчет энергосиловых и кинематических параметров

1.1 Общий коэффициент полезного действия

, где

- общий коэффициент полезного действия (КПД)

₁= 0,96 - КПД ременной передачи

₂= 0,97 - КПД муфты

₃= 0,98 - КПД зубчатой передачи

_п= 0,99 - КПД пар подшипников качения.

1.2 Вычисление мощности двигателя

[1, с. 17],

[1, с. 17],

где по требуемым значениям мощности и частоте вращения выбираем электродвигатель двигателя 4А160S8 (асинхронная серия 4А закрытые обдуваемые), S=2,5%, d=48 мм, n=750 об/мин

1.3 Передаточное отношение двигателя

Частота вращения вала двигателя:

об/мин [1, с. 17];



Общее передаточное число:

;

Передаточное число цепной передачи:

( - передаточное число зубчатой передачи).

1.4 Частоты вращения валов

об/мин;

об/мин;

об/мин.

1.5 Мощности, передаваемые валами

;

;

.

1.6 Крутящие моменты, передаваемые валами

;

;

.



2. Расчет зубчатой передачи

2.1 Выбор материалов

Наружный диаметр заготовки вал-шестерни:

;

Ширина венца:

 мм .

Желая получить сравнительно небольшие габариты и низкую стоимость редуктора, выбираем для изготовления колеса и шестерни сравнительно не дорогую легированную сталь - Сталь 40Х (улучшенная):

Для шестерни: НВ=269…302 (НВ_1ср= 285,5); у_в= 900 МПа;;

Для колеса: НВ=235…262 (НВ_2ср= 248,5); у_в= 790 МПа;.

2.2 Определение допускаемых напряжений

Допускаемые контактные напряжения зубьев

, где



- предел контактной выносливости

МПа

МПа;

- коэффициент безопасности

(так как строение зуба однородно);

- коэффициент долговечности

(,

где - эквивалентные числа циклов напряжений

( - коэффициент эквивалентности, - суммарное время работы передачи)

.

Так как и , то



МПа

МПа

Таким образом, допускаемое контактное напряжение для прямозубой передачи равно МПа.

Допускаемое напряжение изгиба

, где

- предел изгибной выносливости зубьев

МПа

МПа;

- коэффициент безопасности

;

- коэффициент, учитывающий влияние двухстороннего приложения нагрузки

;

- коэффициент долговечности

(,

где - эквивалентные числа циклов напряжений при изгибе



Так как и , то ;

МПа

МПа.

2.3 Проектный расчет передачи

Межосевое расстояние:

, где

, так как передача прямозубая

- коэффициент ширины зубчатого венца

- коэффициент контактной нагрузки

По ГОСТ 2185-66:  мм;

Модуль:  мм

По ГОСТ 9563-60:  мм;

Суммарное число зубьев передачи: ;

Число зубьев шестерни:

Число зубьев колеса: ;

Фактическое передаточное число:;



Считаем отличие фактического передаточного числа от номинального

Ширина зубчатого венца колеса:

 мм

По ГОСТ 6636-69:  мм;

Ширина зубчатого шестерни: мм;

Делительный диаметр шестерни: мм;

Делительный диаметр колеса:  мм;

Диаметры окружностей вершин и впадин зубьев колес:

 мм;

м;

 мм;

 мм.

Окружная скорость в зацеплении:

 м/с, из чего следует что - степень точности передачи.



2.4 Проверочный расчет передачи

Проверка контактной прочности зубьев

, где

, так как передача прямозубая;

- коэффициент контактной нагрузки,

где - коэффициент неравномерности распределения нагрузки между зубьями; - коэффициент неравномерности распределения нагрузки по ширине колеса; - динамический коэффициент

,

где для прямозубой передачи; - коэффициент, учитывающий приработку зубьев

,

где - коэффициент неравномерности распределения нагрузки в начальный период работы

Для определения вычислим коэффициент ширины венца по диаметру



ш_bd=0.5 ш_ba(u+1)=0,5·0,315 (4+1)=0,77

По значению ш_bd определим К^онв= 1,05 (таблица 9.1) [1]

Значит, ;

Таким образом, МПа ? МПа, .

Проверка изгибной прочности зубьев

,

где - коэффициенты формы зуба; - коэффициент, учитывающий влияние угла наклона зуба на его прочность; - коэффициент, учитывающий перекрытие зубьев; - коэффициент нагрузки при изгибе

;

;

,

где - коэффициент торцевого перекрытия;

;

МПа ? МПа

МПа ? МПа.

2.5 Силы в зацеплении

Окружная сила: ;

Радиальная сила: .



3. Расчет ременной передачи

3.1 Выбор ремня

По величине крутящего момента выбираем ремень A нормального сечения

Параметры ремня:  мм;  мм;  мм²;  мм; кг/м; мм.

3.2 Определение геометрических размеров передачи:

Диаметр ведущего шкива:

 мм

По ГОСТ 17383-73  мм;

Диаметр ведомого шкива:

,

где - относительное скольжение ремня

По ГОСТ 17383-73 мм;

Фактическое передаточное число ременной передачи:



Предварительное значение межосевого расстояния:

;

Длина ремня:

мм =>  мм ;

Уточняем межосевое расстояние:

, где

мм

мм²

Таким образом, ;

Угол обхвата на ведущем шкиве:

.

3.3 Скорость ремня

 м/с.

3.4 Окружное усилие

Н.

3.5 Частота пробега ремня

с^-1.

3.6 Допускаемое полезное напряжение

,

где - приведенное полезное напряжение; - коэффициент, учитывающий влияние угла обхвата; - коэффициент режима работы

;

,

где - коэффициент нагружения при переменной нагрузке; - число смен работы передачи в течение суток;

МПа,

где - коэффициент, учитывающий влияние передаточного числа на напряжения изгиба в ремне;

Таким образом, МПа.



3.7 Число ремней

При Z=2 ( => => => .

3.8 Сила предварительного натяжения одного ремня

H .

3.9 Сила, действующая на валы передачи

H .



4. Проектный расчет и конструирование вала

4.1 Проектирование тихоходного вала

Конструкция тихоходного вала редуктора

Определяем диаметр хвостовика

Где

- предел прочности материала, МПа

Полученный диаметр определяем до ближайшего числа из ряда нормальных линейных размеров

Принимаем диаметр, кратный 5, d₁=65

Определяем длину хвостовика



Также округляем по ряду

Расчет участка 2 предназначенный для взаимодействия с уплотнением

Определяем длину вала на участке 2

где - ширина фланцев у подшипника

В-ширина подшипника

- величина складывающаяся из толщин опорной поверхности крышки подшипника, высоты головки болта, шайбы пружинной.

Толщина опорной поверхности крышки подшипника

е=12 мм

Высота головки болта

Н=12,7 мм

Толщина шайбы пружинной

h=3 мм.

У - Расстояние от головки болта крепления крышки подшипника до границы хвостовика

Расчет участка 3 предназначенный для установки подшипников



Зная диаметр можно выбрать подшипник для тихоходного вала из легкой серии.

Выбираем подшипник 215

Подшипник шариковый радиальный однорядный

, , , ,

Рассчитываем длину участка 3

Расчет участка 4 предназначенный для установки зубчатого колеса.

Рассчитываем длину участка 4

-длина ступицы



Расчет участка 5 предназначенный для фиксации зубчатого колеса.

Выбираем длину участка 5

Расчет участка 6 предназначенный для фиксации подшипника.

Выбираем длину участка 6

Расчет участка 7 предназначенный для установки подшипников

Рассчитываем длину участка 7

4.2 Проектирование быстроходного вала

Так как передаточное число зубчатой передачи больше 2,5 быстроходный вал выполняем в виде вал-шестерни.

Конструкция быстроходного вала редуктора

Размер фаски зубчатого венца определяем по формуле

С₁=0,5m=1,5.

Определяем диаметр хвостовика

 мм

Где

- предел прочности материала, МПа

Полученный диаметр определяем до ближайшего числа из ряда нормальных линейных размеров

=40 мм.

Определяем длину хвостовика

Также округляем по ряду

Расчет участка 2 предназначенный для взаимодействия с уплотнением

Выбираем диаметр кратный пяти

Определяем длину вала на участке 2



где - ширина фланцев у подшипника

В-ширина подшипника

- величина складывающаяся из толщин опорной поверхности крышки подшипника, высоты головки болта, шайбы пружинной.

Толщина опорной поверхности крышки подшипника

е=12 мм

Высота головки болта

Н=6,7 мм

Толщина шайбы пружинной

h=2 мм.

У - Расстояние от головки болта крепления крышки подшипника до границы хвостовика.

Расчет участка 3 предназначенный для установки подшипников

Выбираем диаметр кратный пяти

Зная диаметр можно выбрать подшипник для быстроходного вала из средней серии.

Выбираем подшипник 310

, , , ,

Рассчитываем длину участка 3,7



где - длина ступицы соответствующего кольца

для маслоотражательного кольца при D=110 мм S_c=a_k=2 мм по табл. 7 [2]

Расчет участка 4,6.

Длины 4 и 6 участков определяем из условия примерного совпадения внутренних границ подшипников быстроходного и тихоходного валов.

4.3 Составление расчетной схемы валов

Тихоходный вал

Крутящий момент на валу: T=955 H·м

Силы: окружная:=7,04 kH

распорная:=2,56 kH

Консольная нагрузка от муфты:

Lo=l₃+l₄+l₅+l₆+l₇-B = 45+95+10+10+25-25=160 мм - расстояние между опорами



В-ширина подшипника

L₃=0,5Lo=0.5*160=80 мм - расстояние от точки приложения усилия со стороны зубчатого венца до левой опоры

L_к=l₁/2+l2+B/2= 100/2+42+25/2=104,5 мм - расстояние от точки приложения консольной нагрузки до левой опоры

Определение опорных реакций в горизонтальной и вертикальной плоскости:

kH

kH

kH

kH

Построение эпюр крутящих и изгибающих моментов

Изгибающие моменты в сечении А (горизонтальная плоскость)

Изгибающий момент в сечении 1 (вертикальная плоскость)

Изгибающий момент в сечении А (вертикальная плоскость)



На основании этих расчетов построим эпюры изгибающих и крутящих моментов

Быстроходный вал

Крутящий момент на валу: T=253,44 H·м

Силы: окружная:=7,04 kH

распорная:=2,56 kH

Консольная нагрузка от ременной передачи:



Lo=l₃+l₄+l₅+l₆+l₇-B = 29+95+10+10+27-27=144 мм - расстояние между опорами

В-ширина подшипника

L₃=0,5Lo=0.5*144=72 мм - расстояние от точки приложения усилия со стороны зубчатого венца до левой опоры

L_к=l₁/2+l2+B/2= 60/2+72+27/2=115,5 мм - расстояние от точки приложения консольной нагрузки до левой опоры

Определение опорных реакций в горизонтальной и вертикальной плоскости:

kH

1,28 kH

kH

kH

Построение эпюр крутящих и изгибающих моментов

Изгибающие моменты в сечении А (горизонтальная плоскость)

Изгибающий момент в сечении 1 (вертикальная плоскость)



Изгибающий момент в сечении А (вертикальная плоскость)

На основании этих расчетов построим эпюры изгибающих и крутящих моментов

4.4 Проверочный расчет вала

Коэффициент запаса прочности: , где и - коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжением; - допускаемый коэффициент запаса прочности.

Тихоходный вал

Нм

Нм

 мм

Материал: Сталь 40Х ( МПа)

, где

МПа - предел выносливости материала при симметричном цикле изгиба;

 мм³ => МПа => МПа (амплитуда напряжения цикла), МПа (среднее напряжение цикла);

- коэффициент перехода от предела выносливости образца к пределу выносливости детали,

где - коэффициент влияния шероховатости поверхности, - отношение эффективного коэффициента концентрации напряжении к коэффициенту влияния размера поперечного сечения вала, - коэффициент влияния упрочнения;

Значит, ;

, где

МПа - предел выносливости материала при симметричном цикле кручения;

 мм³ => МПа => МПа, МПа;

,

где , , ;

Значит,

Таким образом, . Усталостная прочность тихоходного вала обеспечена.

Быстроходный вал

Нм

Нм

 мм

Материал: Сталь 40Х ( МПа)

, где

МПа;

 мм³ => МПа => МПа, МПа;

, где , , ;

Значит, ;

, где

МПа;

 мм³ => МПа => МПа, МПа;

, где , ,

Значит,

Таким образом, . Усталостная прочность быстроходного вала обеспечена.



5. Выбор подшипника качения

5.1 Тихоходный вал

Радиальная нагрузка, действующая на подшипник:

Определяем полные поперечные реакции R₁ и R₂ в опорах 1 и 2:

Fr₁=== 6,21 кН (наиболее нагруженный подшипник)

Fr₂=== 2,82 кН

Предварительный выбор подшипника

Подшипники шариковые радиальные однорядные легкой серии 215 (75х130х25), кН - базовая динамическая грузоподъемность, кН - базовая статическая грузоподъемность.

Эквивалентная динамическая нагрузка:

Н ,

где Х - коэффициент радиальной нагрузки, V - коэффициент вращение, - коэффициент безопасности, - температурный коэффициент

Долговечность подшипника при максимальной нагрузке

 ч ,



где - показатель степени кривой.

Эквивалентная долговечность подшипника

Поскольку , то выбранный подшипник удовлетворяет заданным условиям работы.

5.2 Быстроходный вал

Радиальная нагрузка, действующая на подшипник:

Определяем полные поперечные реакции R₁ и R₂ в опорах 1 и 2:

Fr₁=== 6,57 кН (наиболее нагруженный подшипник)

Fr₂=== 2,56 кН

Предварительный выбор подшипника

Подшипники шариковые радиальные однорядные легкой серии 310 (50х110х27), Н, Н.

Эквивалентная динамическая нагрузка:

Н;

Долговечность подшипника при максимальной нагрузке

 ч.



Эквивалентная долговечность подшипника

 ч

Поскольку , то выбранный подшипник удовлетворяет заданным условиям работы.



6. Проверка шпонок на смятие

6.1 Тихоходный вал

Хвостовая часть вала ( мм)

Подбираем шпонку призматическую и пазов по ГОСТ 23360-78:  мм и мм (сечение шпонки),  мм (глубина паза на валу),  мм (длина шпонки),  мм (рабочая длина шпонки)

Напряжение при смятие:

МПа ? .

Вал-колесо ( мм)

Подбираем шпонку призматическую и пазов по ГОСТ 23360-78:  мм и мм,  мм,  мм,  мм

Напряжение при смятие:

МПа ? .

6.2 Быстроходный вал

Хвостовая часть вала ( мм)

Подбираем шпонку призматическую и пазов по ГОСТ 23360-78:  мм и  мм,  мм,  мм,  мм

Напряжение при смятие:



МПа ? .



7. Определение размеров корпуса редуктора

Толщина стенки корпуса редуктора

=> .

Диаметр фундаментного болта

 мм => .

Диаметры болтов крепления крышки корпуса к основанию равны:

 мм =>  мм (у подшипников);

 мм (на фланцах).

Расстояние от внутренней стенки корпуса до края лапы и до оси фундаментного болта:

;

 мм .

Ширина фланцев у подшипников и расстояние от внутренней стенки корпуса до оси болта с диаметром :

 мм, где t = 4 мм - высота бобышки;

 мм .



Ширина боковых фланцев и расстояние от внутренней стенки корпуса до оси болта с диаметром :

;

 мм .

Расстояние от оси болта с диаметром до оси вала:

 мм ;

D - наружный диаметр подшипника.

Расстояние от головки болта крепления крышки подшипника до границы хвостовика вала: y = 20 мм.

Толщина ребра жесткости: С = 16 мм.

Толщина лапы: h = 40 мм.

Толщина фланца:  мм.

Расстояние от окружности вершин зубчатого колеса до стенки корпуса редуктора: f = 9,6 мм.



8. Смазывание зубчатых передач и подшипников

Вследствие того, что окружные скорости зубчатых колес меньше 12,5 м/с, применяем картерное смазывание. В корпус редуктора заливают масло так, чтобы венцы колес были в него погружены. Колеса при вращении увлекают масло, разбрызгивая его внутри корпуса. Масло попадает на внутренние стенки корпуса, откуда стекает в нижнюю его часть. Внутри корпуса образуется взвесь частиц масла в воздухе, которая покрывает поверхность расположенных внутри корпуса деталей.

Исходя из значений окружной скорости и контактных напряжений в зацеплении , выберем масло с кинематической вязкостью .

Емкость масляной ванны принимаем

Уровень масла, находящегося в корпусе редуктора, контролируют с помощью фонарного маслоуказателя. При работе передач масло постепенно загрязняется продуктами износа деталей передач. Для слива масла служит отверстие у дна корпуса, закрываемое резьбовой пробкой с цилиндрической или конической резьбой.

При картерном смазывании передач подшипники смазываются брызгами масла. Стекающее с колес, валов и стенок корпуса масло попадает в подшипник.



9. Уплотнительные устройства

Под пробку спускного отверстия нужна прокладка. Также необходимо 4 комплекта прокладок под крышки и 2 манжеты.

Уплотнительные устройства применяют для предохранения от вытекания смазочного материала из подшипниковых узлов, а также для защиты их от попадания из вне пыли и влаги.

Манжета состоит из корпуса, изготовленного из маслобензостойкой резины, каркаса представляющего собой стальное кольцо Г-образного сечения и браслетной пружины.



10. Сборка редуктора

Перед сборкой внутреннюю полость корпуса редуктора кропотливо очищают и покрывают масляной краской.

Сборку осуществляют в согласовании с чертежом вида редуктора, начиная с узлов валов:

- на ведущий вал устанавливают мазеудерживающие кольца и шарикоподшипники, предварительно нагретые в масле до 80-100° С, а потом закладывают шпонку;

- в промежный и ведомый валы закладывают шпонки и напрессовывают зубчатые колеса до упора в бурты валов; потом устанавливают мазеудерживающие кольца и шарикоподшипники, предварительно нагретые в масле.

Собранные валы укладывают в основание корпуса редуктора и устанавливают крышку корпуса, покрывая предварительно поверхности стыка крышки и корпуса герметикой.

Для центровки устанавливают крышку на корпус при помощи 2-ух штифтов. Потом затягивают болты, крепящие крышку к корпусу.

После чего в под шипниковые камеры закладывают пластичную смазку, ставят крышки подшипников. Перед постановкой сквозных крышек в проточки закладывают уплотнения. Проворачиванием валов инспектируют отсутствие заклинивания подшипников (валы должны проворачиваться от руки) и закрепляют крышки подшипников винтами.

Потом ввертывают пробку масловыпускного отверстия с прокладкой, сапун и жезловой маслоуказатель. Заливают в корпус масло и закрывают смотровое отверстие крышкой с прокладкой; закрепляют крышку болтами.



Заключение

зубчатый передача вал зацепление

В ходе курсового проекта было выполнено:

1) Выбран электродвигатель и рассчитаны основные параметры привода

2) Рассчитана зубчатая передача

3) Рассчитана ременная передача

4) Рассчитаны и спроектированы валы

5) Выбраны подшипники качения

6) Определены размеры корпуса редуктора

7) Разработана система смазки редуктора.



Библиографический список

1. Баранов Г.Л. Проектирование одноступенчатого цилиндрического редуктора: Методические указания, 2005. - 47 с.

2. Баранов Г.Л. Расчет деталей машин: Учебное пособие, 2007. - 222 с.

3. Баранов Г.Л. Проектирование одноступенчатого цилиндрического редуктора: Методические указания, 2005. - 47 с.

4. Иванов М.Н. Детали машин. Высшая школа, 2000 г.

Размещено на Allbest.ru