Проектирование привода винтового толкателя

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕГО КПД ПРИВОДА

2. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНОГО ЧИСЛА РЕДУКТОРА

4. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ РЕДУКТОРА

5. РАСЧЕТ ТИХОХОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ

6. РАСЧЕТ БЫСТРОХОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ

7. ОРИЕНТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ ВАЛОВ

8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И ДЕТАЛЕЙ РЕДУКТОРА

9. РАСЧЕТ ШПОНОК

10. УТОЧНЕННЫЙ РАСЧЕТ ВАЛОВ

11. РАСЧЕТ И ПОДБОР ПОДШИПНИКОВ

12. СМАЗКА РЕДУКТОРА

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Спроектировать привод винтового толкателя

Мощность на выходном валу:

Максимальная угловая скорость:

Минимальная угловая скорость:

Срок службы: 4 года

Суточный коэффициент:

Годовой коэффициент:

Схема привода и график нагрузки приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 Схема привода и график нагрузки

Необходимо разработать:

1. Сборочный чертеж редуктора

2. Чертеж общего вида привода

3. Рабочие чертежи

· корпуса редуктора

· вала выходного

· колеса зубчатого

· рамы сварной

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕГО КПД ПРИВОДА

Общий КПД привода:

(1.1)

где — КПД муфты

— КПД первой ступени

— КПД второй ступени

— КПД третьей ступени

— КПД подшипников

2. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Необходимая мощность электродвигателя:

(2.1)

Принимается электродвигатель АИР 132М6 ТУ 16−525.564−84.

Синхронная частота вращения:

Номинальная мощность: 7,5 кВт

Максимальная частота вращения выходного вала:

(2.2)

Минимальная частота вращения выходного вала:

(2.3)

Угловая скорость электродвигателя:

(2.4)

Номинальная частота вращения:

(2.5)

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНОГО ЧИСЛА РЕДУКТОРА

Передаточное число редуктора:

(3.1)

— для высокой скорости

— для низкой скорости

Передаточное число тихоходной высокоскоростной ступени:

(3.2)

Передаточное число быстроходной ступени:

(3.3)

Передаточное число тихоходной низкоскоростной ступени:

(3.4)

4. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ РЕДУКТОРА

Частота вращения I вала привода:

(4.1)

Частота вращения II вала привода:

(4.2)

Максимальная частота вращения III вала привода:

Минимальная частота вращения III вала привода:

Угловая скорость I вала привода:

Угловая скорость III вала привода:

(4.3)

Максимальная угловая скорость III вала привода:

Минимальная угловая скорость III вала привода:

Расчетная мощность на I валу привода:

(4.4)

Расчетная мощность на II валу привода:

(4.5)

Расчетная мощность на III валу привода:

(4.6)

Вращающий момент на I валу привода:

(4.7)

Вращающий момент на II валу привода:

(4.8)

Вращающий момент на III валу привода:

(4.9)

— для максимальной скорости

— для минимальной скорости

В качестве материала для изготовления шестерен принимается сталь 45, термообработка — объемная закалка,, ,

В качестве материала для изготовления зубчатых колес принимается сталь 40, термообработка — объёмная закалка,, ,

5. РАСЧЕТ ТИХОХОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ

Для низкоскоростной передачи:

Предварительное межосевое расстояние:

(5.1)

где — допустимое контактное напряжение

— базовый предел выносливости поверхностей зубьев

— коэффициент безопасности

— коэффициент долговечности

— базовое число циклов до наступления предела выносливости

— срок службы привода в часах

— срок службы привода в годах

— годовой коэффициент

— суточный коэффициент

(5.2)

— коэффициент ширины

(5.3)

— коэффициент нагрузки

Принимается стандартное значение

Минимальный нормальный модуль:

Максимальный нормальный модуль:

Принимается стандартное значение модуля:

Суммарное число зубьев:

(5.4)

Число зубьев шестерни:

(5.5)

Принимается

Число зубьев колеса:

(5.6)

Диаметр делительной окружности:

— для шестерни (5.7)

— для колеса (5.8)

Диаметр окружности вершин:

— для шестерни (5.9)

— для колеса (5.10)

Диаметр окружности впадин:

— для шестерни (5.11)

— для колеса (5.12)

Ширина колеса:

(5.13)

Ширина шестерни:

(5.14)

Окружная скорость в зацеплении:

(5.15)

Уточненный коэффициент нагрузки:

(5.16)

где — коэффициент неравномерности распределения нагрузки по длине контакта

— коэффициент динамической нагрузки

Контактное напряжение:

(5.17)

Контактное напряжение не превышает допустимое

Окружная сила:

(5.18)

Радиальная сила:

(5.19)

Напряжение изгиба:

(5.20)

где — коэффициент, учитывающий форму зуба

— для колеса

— для шестерни

— коэффициент нагрузки изгибающими напряжениями

— коэффициент неравномерности распределения нагрузки по длине контакта

— коэффициент динамической нагрузки

— для колеса

— для шестерни

Допустимое напряжение изгиба:

(5.21)

где — базовый предел выносливости материала

— коэффициент безопасности

— коэффициент приложения нагрузки

— коэффициент долговечности

— базовое число циклов

— эквивалентное число циклов нагружения

Напряжения изгиба для колеса и шестерни не превышают допустимые.

Расстояние между основной и дополнительной осью:

(5.22)

Расстояние между основными осями:

(5.23)

Для высокоскоростной передачи:

Минимальный нормальный модуль:

(5.24)

Максимальный нормальный модуль:

(5.25)

Принимается стандартное значение модуля:

Суммарное число зубьев:

(5.26)

Число зубьев шестерни:

(5.27)

Принимается

Число зубьев колеса:

(5.28)

Диаметр делительной окружности:

— для шестерни (5.29)

— для колеса (5.30)

Диаметр окружности вершин:

— для шестерни (5.31)

— для колеса (5.32)

Диаметр окружности впадин:

— для шестерни (5.33)

— для колеса (5.34)

Ширина колеса:

(5.35)

Ширина шестерни:

(5.36)

Окружная скорость в зацеплении:

(5.37)

Уточненный коэффициент нагрузки:

(5.38)

где — коэффициент неравномерности распределения нагрузки по длине контакта

— коэффициент динамической нагрузки

Контактное напряжение:

(5.39)

Контактное напряжение не превышает допустимое

Окружная сила:

(5.40)

Радиальная сила:

(5.41)

Напряжение изгиба:

(5.42)

где — коэффициент, учитывающий форму зуба

— для колеса

— для шестерни

— коэффициент нагрузки изгибающими напряжениями

— коэффициент неравномерности распределения нагрузки по длине контакта

— коэффициент динамической нагрузки

— для колеса

— для шестерни

Допустимое напряжение изгиба:

(5.43)

где — базовый предел выносливости материала

— коэффициент безопасности

— коэффициент приложения нагрузки

— коэффициент долговечности

— базовое число циклов

— эквивалентное число циклов нагружения

Напряжения изгиба для колеса и шестерни не превышают допустимые.

6. РАСЧЕТ БЫСТРОХОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ

Минимальный нормальный модуль:

(6.1)

Максимальный нормальный модуль:

(6.2)

Принимается стандартное значение модуля:

Суммарное число зубьев:

(6.3)

Число зубьев шестерни:

(6.4)

Принимается

Число зубьев колеса:

(6.5)

Диаметр делительной окружности:

— для шестерни (6.6)

— для колеса (6.7)

Диаметр окружности вершин:

— для шестерни (6.8)

— для колеса (6.9)

Диаметр окружности впадин:

— для шестерни (6.10)

— для колеса (6.11)

Ширина колеса:

(6.12)

Ширина шестерни:

(6.13)

(6.14)

Окружная скорость в зацеплении:

(6.15)

Уточненный коэффициент нагрузки:

(6.16)

где — коэффициент неравномерности распределения нагрузки по длине контакта

— коэффициент динамической нагрузки

Контактное напряжение:

(6.17)

Контактное напряжение не превышает допустимое

Окружная сила:

(6.18)

Радиальная сила:

(6.19)

Напряжение изгиба:

(6.20)

где — коэффициент, учитывающий форму зуба

— для колеса

— для шестерни

— коэффициент нагрузки изгибающими напряжениями

— коэффициент неравномерности распределения нагрузки по длине контакта

— коэффициент динамической нагрузки

— для колеса

— для шестерни

Допустимое напряжение изгиба:

(6.21)

где — базовый предел выносливости материала

— коэффициент безопасности

— коэффициент приложения нагрузки

— коэффициент долговечности

— базовое число циклов

— эквивалентное число циклов нагружения

Напряжения изгиба для колеса и шестерни не превышают допустимые.

7. ОРИЕНТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ ВАЛОВ

Валы изготавливаются из конструкционной углеродистой стали.

Диаметр вала:

(7.1)

где — предел выносливости материала

— для вала I

— для вала II

— для вала III высокоскоростной передачи

— для вала III низкоскоростной передачи

Принимаются, ,, .

8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И ДЕТАЛЕЙ РЕДУКТОРА

Диаметр ступицы колеса:

(8.1)

привод электродвигатель редуктор вал

— для быстроходного колеса

— для высокоскоростного тихоходного колеса

— для низкоскоростного тихоходного колеса

Длина ступицы колеса:

(8.2)

— для быстроходного колеса

— для высокоскоростного тихоходного колеса

— для низкоскоростного тихоходного колеса

Принимаются

— для быстроходного колеса

— для высокоскоростного тихоходного колеса

— для низкоскоростного тихоходного колеса

Толщина обода:

(8.3)

— для быстроходного колеса

— для высокоскоростного тихоходного колеса

— для низкоскоростного тихоходного колеса

Толщина диска:

(8.4)

— для быстроходного колеса

— для высокоскоростного тихоходного колеса

— для низкоскоростного тихоходного колеса

Принимаются

— для быстроходного колеса

— для высокоскоростного тихоходного колеса

— для низкоскоростного тихоходного колеса

Толщина стенки основания корпуса:

(8.5)

Толщина стенки крышки корпуса:

(8.6)

Крышка крепится к корпусу болтами с шестигранной головкой.

Диаметр болтов:

(8.7)

Принимается болт с резьбой М16

Расстояние между болтами:

(8.8)

Толщина фланца по разъёму:

(8.9)

Диаметр фундаментного болта:

(8.10)

Принимается болт с резьбой М20

Количество фундаментных болтов:

Толщина уха у основания:

(8.11)

Высота центров редуктора:

(8.12)

Уклон дна принимается 1:200

Зазор между торцами зубчатых колес:

(8.13)

Зазор между вершинами зубьев колеса и корпусом:

(8.14)

Диаметр болтов крепления крышек подшипников:

(8.15)

Принимается болт с резьбой М12

9. РАСЧЕТ ШПОНОК

Длина и сечение шпонки зависят от диаметра вала.

Сечение шпонки:

— для вала I

— для вала II

— для высокоскоростного вала III

— для низкоскоростного вала III

Длина шпонки:

(9.1)

— для вала I

— для вала II

— для высокоскоростного вала III

— для низкоскоростного вала III

Для вала I принимается шпонка 8Ч7Ч36 ГОСТ 23 360–78

Для вала II принимается шпонка 10Ч8Ч56 ГОСТ 23 360–78

Для высокоскоростного вала III принимается шпонка 16Ч10Ч80 ГОСТ 23 360–78

Для низкоскоростного вала III принимается шпонка 22Ч14Ч110 ГОСТ 23 360–78

Напряжение при смятии:

(9.2)

где — глубина паза вала

— диаметр вала

— длина шпонки

— ширина шпонки

— высота шпонки

— для вала I

— для вала II

— для высокоскоростного вала III

— для низкоскоростного вала III

Напряжения при смятии не превышают максимально допустимого

10. УТОЧНЕННЫЙ РАСЧЕТ ВАЛОВ

На вал 1 действуют силы

(10.1)

(10.2)

и реакции опор и (рисунок 10.1)

Уравнение моментов относительно точки В:

(10.3)

Уравнение моментов относительно точки D:

(10.4)

По полученным значениям нагрузки строится эпюра изгибающего момента:

По значению строится эпюра крутящего момента

Наиболее опасным является сечение В.

Рисунок 10.1 Схема нагрузки вала 1

На вал 2 действуют силы,

(10.5)

(10.6),

(10.7)

и реакции опор и (рисунок 10.2)

Уравнение моментов относительно точки А:

(10.8)

Уравнение моментов относительно точки Е:

(10.9)

По полученным значениям нагрузки строится эпюра изгибающего момента:

привод электродвигатель редуктор вал

По значению строится эпюра крутящего момента

Наиболее опасным является сечение D.

Рисунок 10.2 Схема нагрузки вала 2

На вал 3 В действуют сила

(10.10)

и реакция опоры (рисунок 10.3)

По полученным значениям нагрузки строится эпюра изгибающего момента:

По значению строится эпюра крутящего момента

Наиболее опасным является сечение А.

Рисунок 10.3 Схема нагрузки вала 3в

На вал 3н действуют силы

(10.11)

(10.12)

и реакция опоры (рисунок 10.4)

Уравнение моментов относительно точки С:

(10.13)

По полученным значениям нагрузки строится эпюра изгибающего момента:

По значению строится эпюра крутящего момента

Наиболее опасным является сечение В.

Рисунок 10.4 Схема нагрузки вала 3н

В качестве материала для изготовления валов используется сталь Ст5

Общий коэффициент запаса прочности по пределу текучести:

(10.14)

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

(10.15)

где — предел выносливости материала при изгибе с симметричным знакопеременном цикле нагружения

— эффективный коэффициент концентрации напряжений (для всех валов)

— коэффициент поверхностного упрочнения

— коэффициент, учитывающий влияние поперечных размеров вала

— для вала 1

— для вала 2

— для вала 3в

— для вала 3н

— амплитуда цикла нормальных напряжений, (10.16)

— момент сопротивления сечения изгибу

— для вала 1

— для вала 2

— для вала 3в

— для вала 3н

— для вала 1

— для вала 2

— для вала 3в

— для вала 3н

— коэффициент характеризующий чувствительность материала к асимметрии цикла нагружения (10.17)

— среднее напряжение цикла

— для вала 1

— для вала 2

— для вала 3в

— для вала 3н

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

(10.18)

где — предел выносливости материала при кручении с симметричным знакопеременном цикле нагружения

— эффективный коэффициент концентрации напряжений

— коэффициент поверхностного упрочнения

— коэффициент, учитывающий влияние поперечных размеров вала

— для вала 1

— для вала 2

— для вала 3в

— для вала 3н

— амплитуда цикла касательных напряжений (10.19)

— момент сопротивления сечения кручению (10.20)

— для вала 1

— для вала 2

— для вала 3в

— для вала 3н

— для вала 1

— для вала 2

— для вала 3в

— для вала 3н

— коэффициент, характеризующий чувствительность материала к асимметрии цикла нагружения (10.21)

— среднее напряжение цикла

— для вала 1

— для вала 2

— для вала 3в

— для вала 3н

— для вала 1

— для вала 2

— для вала 3в

— для вала 3в

Общий коэффициент запаса прочности выше минимально допустимого

11. РАСЧЕТ И ПОДБОР ПОДШИПНИКОВ

Для вала 1 подбирается подшипник 2305 ГОСТ 8328–75.

Эквивалентная нагрузка:

(11.1)

где — максимальная радиальная нагрузка на подшипник

— коэффициент вращения

— коэффициент безопасности

— температурный коэффициент

Номинальная долговечность (в миллионах оборотов):

(11.2)

где — динамическая грузоподъёмность

— коэффициент, учитывающий тип подшипника

Номинальная долговечность (в часах):

(11.3)

где — частота вращения вала

Долговечность подшипников выше установленного ресурса, который составляет

Для вала 2 подбирается подшипник 2307 ГОСТ 8328–75.

Эквивалентная нагрузка:

(11.4)

где — максимальная радиальная нагрузка на подшипник

— коэффициент вращения

— коэффициент безопасности

— температурный коэффициент

Номинальная долговечность (в миллионах оборотов):

(11.5)

где — динамическая грузоподъёмность

— коэффициент, учитывающий тип подшипника

Номинальная долговечность (в часах):

(11.6)

где — частота вращения вала

Долговечность подшипников выше установленного ресурса, который составляет

Для вала 3 В подбирается подшипник 2211 ГОСТ 8328–75.

Эквивалентная нагрузка:

(11.7)

где — максимальная радиальная нагрузка на подшипник

— коэффициент вращения

— коэффициент безопасности

— температурный коэффициент

Номинальная долговечность (в миллионах оборотов):

(11.8)

где — динамическая грузоподъёмность

— коэффициент, учитывающий тип подшипника

Номинальная долговечность (в часах):

(11.9)

где — частота вращения вала

Долговечность подшипников выше установленного ресурса, который составляет

Для вала 3н подбирается подшипник 2216 ГОСТ 8328–75.

Эквивалентная нагрузка:

(11.10)

где — максимальная радиальная нагрузка на подшипник

— коэффициент вращения

— коэффициент безопасности

— температурный коэффициент

Номинальная долговечность (в миллионах оборотов):

(11.11)

где — динамическая грузоподъёмность

— коэффициент, учитывающий тип подшипника

Номинальная долговечность (в часах):

(11.12)

где — частота вращения вала

Долговечность подшипников выше установленного ресурса, который составляет

12. СМАЗКА РЕДУКТОРА

В редукторе применена картерная система смазки, то есть масло заливается непосредственно в корпус редуктора. При картерной смазке колёса редуктора смазываются разбрызгиваемым маслом. Так как окружная скорость колёс менее

3 м/с то для смазывания подшипников используется пластичная смазка. Пластичной смазкой на 1/3 заполняется пространство внутри подшипникового узла. Данное пространство отделяется от внутренней полости корпуса мазеудерживающим кольцом.

В качестве жидкой смазки используется индустриальное масло И-30А

ГОСТ 20 799–95. В качестве пластичной смазки используется Литол-24

ГОСТ 21 150–87

Для замены масла в корпусе редуктора предусмотрено специальное отверстие, закрываемое пробкой.

Для контроля уровня масла предусмотрен жезловой маслоуказатель.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Дунаев П. Ф., Леликов О. П. Конструирование узлов и деталей машин. — М.: Высшая школа, 2000

2. Иванов М. Н. Детали машин. — М.:Высшая школа, 2002

3. Кудрявцев В. Н. Детали машин. — Л.: Машиностроение, 1980

4. Решетов Д. Н. Детали машин. — М.: Машиностроение, 1989

5. Проектирование механических передач. — М.: Машиностроение, 1984