Проектирование червячного редуктора с нижним расположением червяка

Курсовой проект по дисциплине Детали машин Тема Проектирование червячного редуктора с нижним расположением червяка студент Прокофьев М.С.

1. Выбор электродвигателя. Кинематический и силовой расчет привода червячный привод кинематический силовой

1 — электродвигатель; 2 — муфта; 3 — подшипник; 4 — червяк; 5 — червячное колесо.

Рис 1.1 — Схема привода.

Мощность на выходном валу кВт;

Исходные данные:

Угловая скорость выходного вала редуктора

рад/сек;

Долговечность подшипников

часов;

1.1 Выбор электродвигателя КПД привода:

(1.1)

где зп = 0,99 — КПД подшипников качения;

зм = 0,98 — КПД муфты;

зчп = 0,75…0,85 — КПД червячной передачи.

Расчетная мощность электродвигателя

(1.2)

кВт

Передаточные числа червячной передачи

(1.3)

Расчетная минимальная и максимальная частота вращения вала электродвигателя

(1.4)

Частота вращения выходного вала редуктора об/мин;

об/мин;

(1.5)

об/мин;

Выбираем электродвигатель АИР 160М6 по каталогу кВт;

об/мин;

1.2 Кинематический и силовой расчет Принимаем ближайшее большее стандартное значение ведущий вал

(1.6)

Действительное передаточное отношение привода Определяем частоты вращения и угловые скорости валов редуктора об/мин;

(1.7)

c-1

ведомый вал об/мин; (1.8)

(1.9)

c-1

Определяем вращающие моменты на валах редуктора

(1.10)

кВт;

(1.11)

Н*м;

(1.12)

Н*м.

2. Расчет червячной передачи Исходные данные:

Н*м;

Вращающий момент на червячном колесе Частота вращения червячного колеса Передаточное отношение Продолжительность работы передачи Максимально допустимая температура масла

(2.1)

об/мин

°

2.1 Ожидаемая скорость скольжения часов

м/с.

2.2 Выбор материала и определение допускаемых напряжений.

Материал червяка сталь 45

МПа;

Материал червячного колеса бронза БрО5Ц5С5

МПа;

МПа;

Допускаемое контактное напряжение

(2.2)

(2.3)

Коэффициент долговечности

(2.4)

Общее число циклов перемены нагружений МПа;

Исходное допускаемое напряжение изгиба для материала 2 группы

венца червячного колеса

(2.5)

МПа;

(2.6)

МПа;

Допускаемое напряжение изгиба

2.3 Межосевое расстояние червячной передачи

(2.7)

мм;

Округляем до ближайшего большего стандартного значения мм.

2.4 Подбор основных параметров передачи Примем число заходов червяка Число зубьев колеса

(2.8)

Примем

Фактическое передаточное отношение

(2.9)

(2.10)

Предварительное значение модуля передачи Принимаем стандартное значение Предварительное значение коэффициента диаметра червяка

(2.11)

Принимаем стандартное значение Коэффициент смещения

(2.12)

2.5 Геометрические размеры червячной передачи Делительный диаметр червяка мм Начальный диаметр червяка

мм Диаметр окружности вершин витков мм Диаметр окружности впадин мм

Длина нарезанной части червяка мм

Принимаем длину нарезанной части червяка мм

Делительный диаметр колеса Диаметр окружности вершин зубьев Диаметр окружности впадин Диаметр колеса наибольший Ширина венца мм.

Рисунок 2.1 — Геометрические размеры червяка и колеса

2.6 Проверочный расчет передачи на контактную прочность Действительное значение окружной скорости на начальном диаметре червяка м/с Угол подъема линии витка червяка на начальном цилиндре градусов;

Скорость скольжения в зацеплении м/с;

Уточним значение допускаемого контактного напряжения МПа

Окружная скорость на колесе м/с Коэффициент нагрузки при

Расчетное контактное напряжение МПа

что меньше допускаемого напряжения

2.7 Коэффициент полезного действия червячной передачи Приведенный угол трения при скорости скольжения

равен

градуса

радиан

Коэффициент полезного действия

2.8 Силы в зацеплении Рисунок 2.2 — Силы в зацеплении Окружная сила на колесе, равная осевой силе на червяке Н

Н

Окружная сила на червяке, равная осевой силе на колесе Н

Н

Радиальная сила Н

2.9 Проверка зубьев по напряжениям изгиба Коэффициент нагрузки Эквивалентное число зубьев червячного колеса Выбираем значение коэффициента в зав-ти от YF2

Расчетное напряжение изгиба МПа

что меньше допускаемого напряжения

2.10 Тепловой расчет передачи Мощность на червяке кВт

Поверхность охлаждения корпуса в зав-ти от aw

м2

Коэффициент теплопередачи

Вт/м2с2 для чугунных корпусов при естественном охлаждении Температура нагрева масла без искусственного охлаждения градусов

3. Предварительный расчет валов и ориентировочный выбор подшипников Предварительно определяем диаметры валов редуктора из расчета только на кручение по пониженным допускаемым напряжениям

3.1 Ведущий вал редуктора Диаметр ведущего вала при

МПа

мм

мм

т.к.

мм

мм

Принимаем диаметр вала под подшипник на ведущем валу Предварительно выбираем подшипники роликовые конические средней серии 7312А

3.2 Ведомый вал редуктора Диаметр ведомого вала при

МПа

мм

Принимаем

мм

мм

Принимаем диаметр вала под подшипник на ведущем валу Предварительно выбираем подшипники роликовые конические средней серии 7320А Принимаем

4. Конструктивные размеры червяка и червячного колеса

4.1 Червяк выполняем за одно целое с валом Рисунок 4.1 — Червяк

4.2 Червячное колесо Рисунок 4.2 — Ведомый вал Диаметр ступицы мм

Длина ступицы мм

Толщина диска мм

Принимаем

Толщина бортика мм

Принимаем

Высота бортика мм

Принимаем

Диаметр винта мм

Принимаем

Рисунок 4.3 — Червячное колесо Длина винта мм

Диаметр расположения отверстий мм

Принимаем

Диаметр отверстий мм

Принимаем

Размер фаски венца на диаметре вершин мм

5. Конструктивные размеры корпуса редуктора Толщина стенки корпуса редуктора мм

Принимаем

Толщина стенки крышки

мм

мм

Принимаем

мм Толщина верхнего пояса (фланца) крышки корпуса мм

Толщина нижнего пояса (фланца) корпуса мм

Толщина нижнего пояса корпуса мм

Принимаем

мм

Толщина ребер основания корпуса мм

Принимаем

Толщина ребер крышки Принимаем

Диаметр фундаментных болтов мм

Диаметр болтов у подшипников мм

Принимаем

Диаметр болтов крышки мм

Принимаем

Диаметр штифтов мм

Принимаем

Длина штифта

мм

Наименьший зазор между наружной поверхностью колеса и стенкой корпуса мм

Принимаем

мм

Первый этап компоновки редуктора выполняем для определения расстояния между опорами валов, точек приложения сил, нагружающих валы.

Компоновочный чертеж выполняем на миллиметровой бумаге в масштабе 1:1.

6. Компоновка редуктора

7. Проверка долговечности подшипников Исходные данные:

H

окружная сила на колесе, равная осевой силе на червяке

H

радиальная сила

H

линейные размеры (по компоновочной схеме) частота вращения

— ведущего вала

об/мин

— ведомого вала об/мин Требуемый ресурс подшипников часов

Схема установки подшипников — враспор делительный диаметр червяка делительный диаметр колеса

7.1 Ведущий вал Подшипник роликовый конический средней серии 7312А

мм

мм

мм

Н

Расчетная схема Расстояние между широкими торцами наружных колец подшипника мм

Смещение точки приложения радиальной реакции от торца подшипника мм

Расстояние между точками приложения радиальных реакций мм

Определяем реакции опор.

Реакции опор в плоскости XOZ

Н

Н

Проверка

Реакции найдены верно Реакции опор в плоскости YOZ

Н

Н

Проверка

Реакции найдены верно Полные реакции опор для расчета подшипников Н

Н

Радиальная нагрузка

Осевая нагрузка Осевые составляющие Так как Rs1 меньше Rs2, то осевые силы — нагружающие подшипники

H

Отношение

H

— коэффициент вращения кольца, вращается внутреннее кольцо что меньше е=0,37, поэтому:

Отношение

что больше е=0,37, поэтому:

Эквивалентные динамические нагрузки Расчетный ресурс подшипника опоры Б как более нагруженного коэффициент, учитывающий условия эксплуатации часов

Это намного меньше требуемого ресурса 20 000 часов, поэтому выбранный подшипник не подходит.

Примем для дальнейшего расчета подшипники роликовые конические однорядные с большим углом конусности 1 027 312А.

Подшипники с большим углом конусности чувствительны к изменению осевого зазора.

Силы, нагружающие фиксирующую опору Б:

Плавающая опора, А нагружена силой:

Опора Б. Для фиксирующей опоры, состоящей из двух подшипников, принимаем подшипник 1 027 312А. Для этого подшипника Для комплекта из двух подшипников

H

Отношение

что больше е=0,83

Вычисляем коэффициенты радиальной Х и осевой Y нагрузок как для двухрядного конического роликового подшипника:

градусов

Эквивалентная динамическая нагрузка Расчетный ресурс подшипника опоры Б как более нагруженного часов

Подшипник 1 027 312А пригоден, т.к. расчетный ресурс больше требуемого.

Основные размеры принятого подшипника:

Опора А. Для плавающей опоры червяка принимаем шариковый радиальный подшипник 212

Эквивалентная динамическая нагрузка при отсутствии осевой силы:

H

Расчетный ресурс при

и

часов

Подшипник 212 пригоден Основные размеры принятого подшипника:

7.2 Ведомый вал Подшипник роликовый конический средней серии 7320А мм

мм

мм

Н

Расчетная схема Расстояние между широкими торцами наружных колец подшипника мм Смещение точки приложения радиальной реакции от торца подшипника мм

Расстояние между точками приложения радиальных реакций мм

Определяем реакции опор.

Реакции опор в плоскости XOZ

Н

Н

Проверка

Реакции найдены верно Реакции опор в плоскости YOZ

Н

Н

Проверка

Реакции найдены верно Полные реакции опор для расчета подшипников Н;

Н;

Радиальная нагрузка

Н;

Н;

Осевая нагрузка Осевые составляющие что меньше е=0,39, поэтому:

Отношение

H

Так как Rs1 меньше Rs2, то осевые силы — нагружающие подшипники

H

— коэффициент вращения кольца, вращается внутреннее кольцо что больше е=0,39, поэтому:

Эквивалентные динамические нагрузки Расчетный ресурс подшипника опоры 2 как более нагруженного коэффициент, учитывающий условия эксплуатации часов

Подшипник 7320А пригоден, т.к. расчетный ресурс много больше требуемого.

8. Проверка прочности шпоночного соединения Исходные данные:

вращающий момент на ведомом валу

Н*м диаметр вала в месте установки шпонки мм

Рисунок 8.1 — Шпоночное соединение Для передачи крутящего момента с зубчатого колеса на ведомый вал применим шпоночное соединение. Шпонка призматическая со скругленными торцами.

Размеры сечения выбираем по ГОСТ 23 360–78:

Длина шпонки

Материал шпонки — сталь 45 нормализованная Рабочая длина шпонки мм

Н/мм2

9. Уточненный расчет ведомого вала. Расчет на усталость Исходные данные:

Н*м Н

Н

Н

Н

Н

Н

Н

мм

мм

Материал вала — сталь 5:

Н/мм2

Н/мм2

Н/мм2

Н/мм2

Допускаемый коэффициент запаса прочности [S]=1.5…2.5

9.1 Эпюра крутящих моментов

9.2 Эпюры изгибающих моментов Для построения эпюр определяем значения изгибающих моментов в характеных сечениях вала.

Горизонтальная плоскость XOZ

— сечение В

— сечение Г Н*м

— сечение C

Вертикальная плоскость YOZ

— сечение В

— сечение Г

— сечение C слева Н*м

— сечение C справа

Н*м В соответствии с формой вала и эпюрами изгибающих Мх, Му и вращающего Мк моментов предположительно опасным сечением является сечение С — место установки червячного колеса.

9.3 Расчет сечения С на сопротивление усталости Суммарный изгибающий момент в сечении С Н*м Момент сопротивления сечения вала кручению мм3

Момент сопротивления сечения вала изгибу мм3

Определяем амплитуды напряжения цикла в опасном сечении Н/мм2

Н/мм2

Н/мм2

Коэффициенты снижения предела выносливости Пределы выносливости вала Н/мм2

Н/мм2

Коэффициент влияния асимметрии цикла для рассматриваемого сечения вала

— коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла напряжений Коэффициент запаса по нормальным напряжениям Коэффициент запаса по касательным напряжениям Коэффициент запаса прочности в сечении С что больше допустимого значения.

Сопротивление усталости вала в сечении С обеспечено.

10. Выбор смазки зацепления и подшипников Скорость скольжения в зацеплении м/с Контактное напряжение Н/мм2

Рекомендуемая кинематическая вязкость (выбирается в зависимости от контактного напряжения и скорости скольжения) мм2/с Выбираем масло И-Г-С-220.

Глубина погружения червяка при нижнем его расположении мм

1. Курмаз Л. В. Детали машин. Проектирование: Справочное учебно-методическое пособие / Л. В. Курмаз, А. Т. Скойбеда. — М.: Высш. шк., 2004.-309 с.: ил.

2. Чернавский С. А. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие / С. А. Чернавский и др. — М.:Машиностроение, 1988.-415.:ил.

3. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя. Изд.8 в 3-х томах. М. Машиностроение. 2001 г.

4. Орлов П. И. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие в 3-х книгах. Изд-е 2-е. М.Машиностроение. 1977 г.

5. Дзюба Н. А. Методические указания для студентов по выполнению курсового проекта по предмету «Детали машин». Балаково 2006 г.