РефератыПромышленность, производствоПрПривод с цилиндрическим одноступенчатым вертикальным косозубым редуктором

Привод с цилиндрическим одноступенчатым вертикальным косозубым редуктором

Курсовой проект


Привод с цилиндрическим одноступенчатым вертикальным косозубым редуктором


Екатеринбург 2010


Введение


Редуктором называют механизм, состоящий зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата.


Редуктор предназначен для понижения угловой скорости и повышения крутящего момента ведомого вала по сравнению с ведущим.


Редуктор состоит из корпуса (литого чугунного или сварного стального), в котором помещают элементы передачи – зубчатые колеса, валы, подшипники и т.д.


Чаще всего в технике применяются цилиндрические зубчатые передачи из-за ряда преимуществ:


1. Компактность.


2. Возможность передачи больших мощностей.


3. Постоянство передаточного отношения.


4. Применение недефицитных материалов.


5. Простота в обслуживании.


Шевронные зубчатые колёса из-за сложности изготовления применяются реже, главным образом для тяжело нагруженных передач и в тех случаях, когда недопустима осевая нагрузка на опоры.




1. Выбор электродвигателя и расчет кинематических параметров привода
1.1 Требуемая мощность электродвигателя

Pтр
=,


где T-крутящий момент на валу исполнительного механизма, Т=Н•М;


n – частота вращения вала исполнительного механизма, n=120 об/мин;


з0
– общий КПД привода,


з0
= зред*
зц.п.


ззп
– кпд зубчатой передачи, ззп
=0,98;


зпк
– кпд пары подшипников качения, зпк
=0,99;


зц.п
= кпд цепной передачи зц.п.
=0,92


зред
= зз. п. *
зп.к.
2
=0,98*0,992
=0,96


з0
=0,96*0,92=0,88


Pтр
= =6,8 кВт.


1.2 Выбор электродвигателя

Марка электродвигателя 132M6


Мощность Pэ
=7,5 кВт.


Синхронная частота nc
= 1000 об/мин.


Скольжение S=3,2%.


Диаметр вала электродвигателя dэ
=32 мм.


Расчет привода выполнен по кинематической схеме привода


1.3 Частоты вращения валов

Вала электродвигателя nэ
= nc
•(1 – (0.01•S)) =1000*(1 – (0,01*3,2))=968 об/мин.


Валов редуктора: быстроходного nб
=968 об/мин;


тихоходного nт
= nб
/ Uред.
=968/3,55=272,6 об/мин.


Вала исполнительного механизма (расчетная) nк
= nт
/Uц.п.
=272,6/2,5=109,07 об/мин.


1.4 Передаточные числа

Редуктора Up
=nб
/nт
=968/272,6=3,55


Передач:


UЗ.П.
=3,2; UЦ.П.
=2,5; UПРИВОДА
=8,06


UЗ.П.(ТАБЛ.)
=3,55


1.5 Крутящие моменты на валах

Вал электродвигателя Tэ
=9550*6,8/968=67,09 Н•М.


Валы редуктора: быстроходный Tб
=9550*6,8/968=67,09 Н•М,


тихоходный Tт
= 9550*6,5/272,6=227,7 Н•М.


Вал исполнительного механизма Tк
=9550*5,98/109,07=523,6 Н•М.


2. Расчет цилиндрической зубчатой передачи


2.1 Выбор материалов и определение допускаемых напряжений


Определяем размеры характерных сечений заготовок по формулам (1), принимая, что при передаточном числе зубчатой передачи u > 2.5 шестерня изготавливается в виде вал-шестерни. Тогда


Dm
1
=20•= 20•=53,27 мм,


Sm
2
= 1.2•= 1.2••= 14.54 мм.


Диаметр заготовки для колеса равен dк
= u•Dm1
= 3,55•53.27=189,1 мм.


Выбираем для шестерни Сталь 45, термообработка улучшение, твердость поверхности зуба шестерни 262 НВ, Dm
=125 мм > Dm
1.


Выбираем для колеса Сталь 45, термообработка нормализация, твердость поверхности зуба шестерни 207 НВ


Механические свойства материалов:


Шестерня


Материал Сталь 45


Термическая обработка Улучшение


Твердость поверхности зуба 235–262 НВ


Колесо


Материал Сталь 45


Термическая обработка нормализация


Твердость поверхности зуба 179–207 НВ


Расчет допускаемых контактных напряжений


,


где j=1 для шестерни, j=2 для колеса;


sH
lim
j
-предел контактной выносливости, SH
j
- коэффициент безопасности,


КHL
- коэффициент долговечности;


КHLj
=,


NHOj
– базовое число циклов при действии контактных напряжений (табл. 4),


NHO
1
= циклов, NHO
2
= циклов


Коэффициент эквивалентности при действии контактных напряжений – h,
определим по табл. 6 в зависимости от режима нагружения.


Режим нагружения, 4 – легкий h
= 0,125


th
– суммарное время работы передачи в часах;


th
= L•365•24•Kг
•Кс
•ПВ;


Kг – коэффициент использования передачи в течение года;


Kс – коэффициент использования передачи в течение суток;


L – срок службы передачи в годах; ПВ – продолжительность включения;


Кг= 0.5, Кс= 0.8, L= 10 лет, ПВ=70%=0.7, th
= 24528 ч.


NS
j
- суммарное число циклов нагружения, NS
j
= 60•nj
•c•th
;


с – число зацеплений колеса за один оборот, с = 1;


nj
– частота вращенияj-го колеса, n1
= 968 об/мин, n2
= 272,6 об/мин;


NS1
= 60•968•1•24528 = 1424586240=1,4•109
,


NS2
= 60•272,6•1•24528 = 401179968 =0.4•109


NHEj
– эквивалентное число циклов контактных напряжений;


NHE j
= NУj
h;
NHE1
=178073280 =0,18•109
, NHE2
= 50147496 =0.05•109


Коэффициенты долговечности: КHL1
= 1, КHL2
= 1.


Значения sH
lim
j
и SH
j
найдем по табл. 5: sHlim1
= 2 НВ1
+ 70=2•262+70=594 МПа,


sHlim2
= 2 НВ2
+ 70=2•207+70=484 МПа, SH
1
= 1.1, SH
2
=1.1


Допускаемые контактные напряжения: sHP1
= 540 МПа, sHP2
=440 МПа.


Допускаемые контактные напряжения для косозубой передачи


sHP
=0.45 (sHP1
+sHP2
) 1.23•sHP2
,


sHP
=0.45 (540+440)=441 МПа, s=1.23•sHP2
=541.2 МПа.


Учитывая, что sНР
≤ 1.23•sHP2
, окончательно принимаем sHP
=441 МПа.


Расчет допускаемых напряжений изгиба


,


где sF
lim
j
- предел выносливости зубьев при изгибе (табл. 7),


sF lim 1
=1.75•HB1
=1.75•262 = 458.5 МПа, sF lim 2
= 1.75•207 = 362.25 МПа.


SFj
- коэффициент безопасности при изгибе (табл. 7): SF
1
= 1.7, SF
2
=1.7


KFLj
- коэффициент долговечности при изгибе:


КFLj
=,


qj
– показатели степени кривой усталости: q1
= 6, q2
= 6 (табл. 6);


NFO
– базовое число циклов при изгибе; NFO
= 106
.


NFEj
– эквивалентное число циклов напряжений при изгибе; NFE
j
= NУ
j
Fj.


Коэффициент эквивалентности при действии напряжений изгиба – Fj
определяется по табл. 6 в зависимости от режима нагружения и способа термообработки: F1
=0.038, F2
= 0.038,


NFE
1
= 1424586240•0.038 = 54134277,12; NFE
2
= 401179968•0.038 = 15244838,78


Поскольку NFE
> NFO
, принимаем


КFL1
= 1, КFL2
= 1;


KFCj
- коэффициент, учитывающий влияние двухстороннего приложения нагрузки для реверсивного привода, KFC
1
= 0.65, KFC
2
= 0.65.


Допускаемые напряжения изгиба: sF
P 1
= 175.309 МПа, sF
P 2
= 138.507 МПа.


Межосевое расстояние определяем из условия контактной прочности:


aw
= Ka
•(u + 1) ,


редуктор передача электродвигатель агрегат


где Ka
– коэффициент вида передачи, Ka
= 410 для косозубых передач,


шba
– коэффициент ширины венца по межосевому расстоянию, выбираем из ряда по ГОСТ 2185–66 с учетом расположения опор относительно зубчатого венца шba
= 0.4,


КН
- коэффициент контактной нагрузки, принимаем на этапе проектного расчета КН
=1.2.


Расчетное межосевое расстояние aw
= 123.69 мм. Полученную величину округлим до ближайшего стандартного значения (табл. 2): aw
=125 мм.


Находим ширину колеса и шестерни по формулам: bw
2
= шba
aw
=0.4•125=50,


bw
1
= bw
2
+2…5=50+4 =54. Полученные значения округляем до ближайшего числа из ряда нормальных линейных размеров по ГОСТ 6636–69: bw
1
= 54 мм, bw
2
= 50 мм.


Модуль выбираем из диапазона m=(0.01…0.02)•aw
=(1,25…2,5) и округляем до стандартного значения по ГОСТ 9563–60 (табл. 1), учитывая, что применение модуля меньше 2 мм для силовых передач не рекомендуется: m= 2,5.


Для косозубых передач стандартизован нормальный модуль mn
=m = 2,5.


Суммарное число зубьев: для прямозубой передачи Z=, для косозубой передачи Z=, где b1
– начальный делительный угол наклона зуба(=12 для косозубых передач).


Суммарное число зубьев получим округлением Z=97,81 до ближайшего целого числа: ZУ
= 98.


Для косозубых и шевронных передач определяем делительный угол наклона зуба по формуле
= 110
28’42’’. Число зубьев шестерни и колеса, а также уточненное передаточное отношение равны:


, Z2
= Z-Z1,
;


Z1
= 22, Z2
= 76, Uф
= 3,46.


Если Z1
> 17, то принимают коэффициенты смещения x1
=0, x2
=0, суммарный x
= 0.


При u4.5 отличие фактического передаточного числа от номинального должно быть не больше 2.5%.


u=100=100=2.5%≤2.5%.


Определение диаметров окружностей зубчатых колес.


Делительные окружности косозубых колес dj
=,


d1
= 56,122 мм, d2
= 193.8778 мм.


Окружности впадин зубьев: dfj
= dj
- (1.25 – xj
),


df
1
= 49.872 мм, df
2
= 187.6268 мм.


Окружности вершин зубьев:


da1
= 2• aw
– df2
– 0.5•m = 61.1232 мм,


da2
= 2• aw
– df1
– 0.5•m = 198.878 мм.


Окружная скорость в зацеплении V= = 2.845 м/с. Для полученной скорости назначим степень точности передачи nст
=8 (табл. 8), учитывая, что nст
=9 для закрытых зубчатых передач применять не рекомендуется.


3. Проверочный расчет передачи


Проверка на выносливость по контактным напряжениям


Определим контактные напряжения по формуле


=,


где Z= 8400 для косозубых передач.


KH
- коэффициент контактной нагрузки, KH
= KHб
KHв
KHV.


Коэффициент неравномерности распределения нагрузки между зубьями равен


KH
б
=1+A•(nст
-5)•К,


где А=0.15 для косозубых передач,


К- коэффициент, учитывающий приработку зубьев. Если НВ2
350, то К определяют по формуле:


К=0.002•НВ2
+ 0.036•(V-9),


В результате расчета получим: К= 0.192, KH
б
= 1.086


Динамический коэффициент определим методом интерполяции по табл. 10: КН
V
=1.037


Коэффициент неравномерности распределения нагрузки по ширине колесаопределяется по формуле


КН
b
= 1+ (K -1) К,


где K=1.035 – коэффициент распределения нагрузки в начальный период работы (табл. 9).


В таблице значение K дано в зависимости от коэффициента ширины венца по диаметру , величина которого определяется выражением =0.5 (u + 1)= 0,91. Окончательно получим КН
b
= 1.0067, коэффициент контактной нагрузки KH
= 1.134. Расчетные контактные

напряжения sH
=419.743 МПа. Допускается перегрузка по контактным напряжениям не более 5%, рекомендуемая недогрузка до 15%. Поскольку <HP,
выполняем расчет недогрузки по контактным напряжениям


=100=100=4,82%<15%.


Проверка на выносливость по напряжениям изгиба


Проверочный расчет на выносливость при изгибе выполняется по формулам:


, ,


где YFj
- коэффициенты формы зуба, определяются по формуле


YFj
=3.47++0.092•,


здесь ZVj
= – эквивалентное число зубьев, ZV
1
= 23.3746, ZV
2
= 80.7487,


YF
1
= 4.035, YF
2
=3.633


Yb
- коэффициент, учитывающий влияние угла наклона зуба на его прочность,


= 0.885 > 0.7,


Y- коэффициент, учитывающий перекрытие зубьев, Y= для непрямозубых передач. Получим Y= 0.603


Коэффициент торцевого перекрытия=(1.88–3.2•(+))•cos=1.6586.


Коэффициент нагрузки при изгибе КF
определяем по формуле KF
= KF
б
KF
в
KFV
.


Коэффициенты, входящие в эту формулу, имеют такой же физический смысл что и коэффициенты в формуле для КН
. Для их определения используют следующие зависимости: KF
б
=1+A•(nст
-5) для непрямозубых передач, KF
в
= 0.18+0.82 K, KFV
= 1+1.5•(KHV
-1) при НВ2
<350.


KF
б
= 1.45, KF
в
= 1.028, KFV
= 1.056, KF
= 1.574.


Расчетные напряжения изгиба


< ,


< .


Допускается перегрузка по напряжениям изгиба не более 5%, недогрузка не регламентируется.


4. Определение сил в зацеплении


Окружная сила: , Ft
= = 2390.86 Н.


Радиальная сила: , Fr
=2390.86•= 887.96 Н.


Осевая сила: Fa
=Ft
,
Fa
= 2390,86•tg=485.48 Н.


4.1 Суммарное время работы передачи


th
= 0.01•L•365•24•Kг
•Кс
•ПВ;



– коэффициент использования передачи в течение года;



– коэффициент использования передачи в течение суток;


L – срок службы передачи в годах; ПВ – продолжительность включения;


Кг
=0,5, Кс
=0,8, L=10 г., ПВ=70%,


th
= 24528 ч.


4.2 Эквивалентный срок службы передачи


thE
=KE
•th
,


где KE
– коэффициент приведения режима нагружения,


KE
=0,125,


thE
=0,125*24528=3066 ч.


4.3 Число зубьев ведущей звездочки


Z1
=29–2•U=24.


4.4 Число зубьев ведомой звездочки


Z2
=Z1
•U=60.


4.5 Фактическое передаточное отношение



== 2,5.


4.6 Коэффициент эксплуатации



=Kд
•Kн
•Kр
•Kс
,


где Kд
– коэффициент динамичности нагрузки, Kд
=1 (т. к. спокойная);



– коэффициент, учитывающий наклон линии центров звездочек к горизонту,



= 1 (т.к. наклон меньше 60 град);



– коэффициент, учитывающий способ регулировки натяжения цепи,



=1,25 т.к. периодический;



– коэффициент, учитывающий способ смазки передачи,



= 1,4 (т.к. при периодической смазке Kс
=(1,3……1,4));



=1*1*1,25*1,4=1,75.


4.7 Выбор цепи


Расчетное значение шага цепи


tp
=, tp
= =16,68 мм.


Выбрана цепь ПР – 19,05–2500


со следующими характеристиками:


шаг t =19,05 мм,


площадь опорной поверхности шарнира цепи A= 105,8 мм2
,


масса одного погонного метра цепи qm
=1,9 кг/м,


диаметр ролика Dp
=11,91 мм,


расстояние между внутренними пластинами BBH
=12,7 мм.


4.8 Число звеньев цепи


Lt
=2•At
+0.5•(Z1
+Z2
)+=2*40+0,5*(24+60)+=122,8


Приняли после округления Lt
=123.


4.9 Длина цепи


L=t•Lt
=19,05*123=2343 мм.


4.10 Межосевое расстояние


a=0.25•t•[Y+,


где Y=Lt
-0.5•(Z1
+Z2
)= 123–0,5*(24+60)=81,


a= 0.25•19,05•[81+=763,7 мм


4.11 Диаметры делительных окружностей звездочек


dj
=, d1
==145,9 мм, d2
= =364 мм.


4.12 Максимальная допустимая частота вращения ведущей звездочки


nmax
=,


где W – геометрическая характеристика цепи, W=,


W= = 1,99,


- коэффициент скорости удара цепи о зуб звездочки,


=sin= sin =0,71


nmax
= =1088,8 об/мин. (n1
< nmax
; 272,6 < 1088,8)


4.13 Допускаемое давление в шарнире цепи


[p]=, [p]= =75,78 МПа.


4.14 Окружное усилие в цепи


Ft
===3121,3 Н.


5. Расчет тихоходного вала

Расчет выполняется на кручение по пониженным допускаемым напряжениям [k
]. Ориентировочно определяем диаметр вала в опасном сечении в мм по формуле


d=,


Т – крутящий момент на валу, [Н×м]


Полученный результат округляем до ближайшего значения из стандартного ряда


d==38 мм,


Наименование опасного сечения – I


Диаметр вала в опасном сечении d =48 мм


Определение опорных реакций


Горизонтальная плоскость


R1Г
=81,63 Н


R2Г
=2477,4 Н


Вертикальная плоскость


R1В
=72,18 Н


R2В
=815,77 Н


Радиальные опорные реакции:


R1
== 8164,02 Н


R2
== 2608,25 Н


Моменты в опасном сечении



= 448174,4 Н – изгибающий момент в горизонтальной плоскости;


MB
= 0 – изгибающий момент в вертикальной плоскости;


M===448174,4 Н*мм


где M– суммарный изгибающий момент.


Осевая сила в опасном сечении Fa
=485,48 Н


Коэффициенты запаса прочности


n =,


где ns
- коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям,


ns
= ,


s-1
– предел выносливости стали при симметричном цикле изгиба;


s-1
=0,43*sВ;

=570 МПа


s-1
=0,43*570=245,1 МПа


ks
- эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений;


es
– масштабный фактор, учитывающий размеры детали при изгибе;


=2,7 (по таблице)


= 0,95 – коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности;


ys
=0,15 – коэффициент, учитывающий различное влияние на усталостную прочность амплитудных и средних напряжений цикла при изгибе;



– амплитуда цикла нормальных напряжений,



=,


Wx
–осевой момент сопротивления,


Wx
=10,86*10-6
,



=41,268 МПа


sm
– среднее напряжение цикла нормальных напряжений,


sm
= ,


A = 3,14*1,809*10-3
мм2
– площадь опасного сечения


sm
=КПа = 0,27 МПа


nt
- коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям



=


ф -1
=142,158 МПа–предел выносливости стали при симметричном цикле кручения,



- эффективный коэффициент концентрации касательных напряжений;


е ф
– масштабный фактор, учитывающий размеры детали при кручении;


=0,6*+0,4=0,6*2,7+0,4=2,02


y=0,1 – коэффициент, учитывающий различное влияние на усталостную прочность амплитудных и средних напряжений цикла при кручении;


фa
и фm
– амплитудное и среднее напряжения цикла касательных напряжений,


Для от нулевого цикла фa
= фm
= , где Wp
– полярный момент сопротивления, Wp
=2* Wx
=2*10,86*10-6
=21,72*10-6


фa
= 5,24 МПа


ns
=2,31;nф
=13,43


Суммарный коэффициент запаса прочности в опасном сечении


n=2,28 >2


Толщина стенки корпуса и крышки одноступенчатого цилиндрического редуктора:


д = 0,025*aw
+1=0.025*125+1=4,125 => д = 8 мм.


д1
= 0.02*aw
+1=0.02*125+1=3,5 => д1
=8 мм.


Толщина верхнего пояса (фланца) корпуса:


b=1.5 д, b =1,5*8= 12 мм,


Толщина нижнего пояса (фланца) крышки корпуса:


b1
=1,5 д1,


b1
=1,5*8=12 мм,


Толщина нижнего пояса корпуса:


P=2.35*д=2.35*8=18.8 мм


Толщина ребер основания корпуса


m=0,9д=7,2 мм


толщина ребер крышки


m=0.9 д=7.2 мм


Диаметр фундаментальных болтов:


d1
=0,036 aw
+12, d1
=0,036*125+12=16,5 мм,


после округления до ближайшего большего значения принимаем d1
=16 мм.


Диаметр болтов:


у подшипников


d2
=0,7d1
, d2
=0,7*16=11,2 мм,


принимаем d2
=12 мм,


на фланцах:


d3
=0,55d1
, d3
=0,55*16=8,8,


принимаем d3
=12 мм.


Расчет конических штифтов:


диаметр d= d3
d=12 мм


длина L = b+ b1
+5, l =12+12+5 = 29 мм


Высота бобышки под болт d2



выбирают конструктивно, так чтобы образовалась опорная поверхность под головку болта и гайку.


Смазывание зубчатого зацепления производится окунанием колеса в масло, заливаемое внутрь корпуса до уровня, обеспечивающего погружение колеса примерно на 10 мм.


По таблице устанавливаем вязкость масла. При контактных напряжениях уHP
=441 МПа, скорости V=2,8 м/с и температуре около 500
С – вязкость масла определяем равной 28*10-6
м2
/с.


Принимаем масло индустриальное И-30-А.(И-индустриальное, А – по эксплуатационным свойствам является маслом без присадок, класс кинематической вязкости – 22).


Для контроля уровня масла используется фонарный маслоуказатель. Для слива масла служит отверстие у дна корпуса, закрываемое пробкой с цилиндрической резьбой.


В крышке редуктора имеется люк. В крышке люка устанавливается отдушина, через которую выходит воздух, расширяющийся от выделения тепла в зацеплении. Люк, закрываемый крышкой, используется для заливки масла и осмотра.


Перед сборкой внутреннюю полость редуктора тщательно очищают и покрывают малостойкой краской.


Сборку производят в соответствии со сборочным чертежом редуктора, начиная с узлов валов:


на ведущий вал одевают маслоотражательные кольца, и устанавливают шарикоподшипники, предварительно нагретые в масле до 80–100 град. С.


в ведомый вал закладывают шпонку 16x10x52 мм и напрессовывают зубчатое колесо до упора в бурт вала; затем надевают распорную втулку, маслоотражательные кольца и устанавливают конические роликоподшипники, предварительно нагретые в масле.


Далее быстроходный вал устанавливают в крышку корпуса, тихоходный закладывают в корпус редуктора и надевают крышку корпуса, покрывая предварительно поверхность стыка крышки и корпуса спиртовым лаком. Для точной фиксации крышки корпуса относительно корпуса используют 2 конических штифта, затем затягивают болты, крепящие крышку к корпусу.


Далее на валы одевают крышки подшипниковых узлов с, предварительно установленными прокладками и манжетами (для сквозных крышек).


Закрепляют крышки болтами, проверяя поворачиванием валов от руки отсутствие заклинивания подшипников (валы должны свободно поворачиваться).


Ввертывают пробку маслоспускного отверстия с прокладкой. Устанавливают маслоуказатель. Заливают в корпус масло и закрывают смотровой люк крышкой с прокладкой из технического картона, закрепляют крышку болтами.


Собранный редуктор обкатывают и подвергают испытанию на стенде по программе, установленной техническими условиями.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Привод с цилиндрическим одноступенчатым вертикальным косозубым редуктором

Слов:2817
Символов:25720
Размер:50.23 Кб.