Проектирование привода общего назначения с цилиндрическим редуктором
Для уменьшения потерь на трение детали передач смазываются маслом. Уровень масла контролируется маслоуказателем. Масло заливается через смотровое окно. Это окно закрывается крышкой с пробкой-отдушиной через которую из редуктора улетучиваются пары разогретого масла. Загрязненное масло удаляется через сливное отверстие, закрываемое резьбовой пробкой. Для предотвращения выбросов масла из редуктора… Читать ещё >
Проектирование привода общего назначения с цилиндрическим редуктором (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
" САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
Кафедра «Механики»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Тема: Проектирование привода общего назначения с цилиндрическим редуктором.
Выполнил студент:
II-ЭТ-3 Герасимчук И.Г.
Проверил преподаватель:
Лашманова Е.В.
Самара 2012
- Техническое задание
- Введение
- 1. Расчет мощностей и выбор двигателя
- 2. Кинематический и силовой анализ
- 3. Выбор материала и расчет допускаемых напряжений
- 4. Расчет прямозубой цилиндрической передачи
- 5. Проектный расчет валов. Подбор подшипников
- 5.1 Входной вал
- 5.2 Выходной вал
- 6. Расчет элементов корпуса редуктора
- 7. Подбор и проверочный расчет шпоночных соединений
- 7.1 Входной вал
- 7.2 Выходной вал
- 8. Проверочный расчет выходного вала
- 8.1 Расчет и построение эпюр изгибающих моментов
- 8.2 Расчет коэффициента запаса усталостной прочности
- 9. Проверочный расчет подшипников выходного вала
- 10. Подбор соединительной муфты
- Список литературы
Техническое задание
Частота вращения вала двигателя
nдв=1500 об/мин
Частота вращения выходного вала
nвых=250 об/мин
Вращающийся момент на выходном валу
Tвых=80 Н•м
Срок службы редуктора (в годах)
L=3
Тип редуктора: цилиндрический (ЦР)
Коэффициент загрузки Кгод=0,5; Ксут=0,2
редуктор цилиндрический подшипник привод
Электромеханический привод состоит из двигателя и редуктора, соединенных между собой муфтой. Привод в виде единой установки размещается на литой плите или сварной раме.
Редуктор-это механизм, служащий для уменьшения частоты вращения и увеличения вращающегося момента. Редуктор состоит из литого чугунного корпуса, в котором размещены зубчатые или червячные передачи, закрепленные на валах. Передача движется от колес к валам и наоборот производится с помощью шпонок. Валы опираются на подшипники качения, размещенные в гнездах корпуса. Подшипники удерживаются от осевого смещения крышками, которые с двух сторон привертываются винтами к корпусу редуктора.
Для уменьшения потерь на трение детали передач смазываются маслом. Уровень масла контролируется маслоуказателем. Масло заливается через смотровое окно. Это окно закрывается крышкой с пробкой-отдушиной через которую из редуктора улетучиваются пары разогретого масла. Загрязненное масло удаляется через сливное отверстие, закрываемое резьбовой пробкой. Для предотвращения выбросов масла из редуктора на входном и выходном валах устанавливаются уплотнения в виде резиновых манжет.
Все детали редуктора разделяются на оригинальные и стандартные. Оригинальные — это детали передач (шестерни, колеса, червяк), валы корпус редуктора. Размеры валов и колес находят из проектных и проверочных расчетов. Остальные детали (крышки, маслоуказатель, пробки уплотнения и т. д.) не воспринимают нагрузку и их размеры назначают конструктивно.
Достоинства передачи:
высокий КПД редуктора.
простота в изготовлении и сборке.
высокая нагрузочная способность. Цилиндрические редукторы соответствующих габаритов способны передавать почти без потерь большую мощность.
Недостатки передачи:
низкое передаточное число на одной ступени
уровень шума.
Цилиндрические редукторы — более шумные по сравнению с червячными.
1. Расчет мощностей и выбор двигателя
Мощность на выходном валу редуктора
Расчетная мощность двигателя
где з=0,98 — КПД цилиндрического редуктора
По каталогу выбираем двигатель тип двигателя 4А90L c Рдв=2,2 кВт; диаметр вала двигателя dдв=24 мм
2. Кинематический и силовой анализ
Передаточное отношение редуктора
Частота вращения валов
n1=nдв=1500 об/мин
n2=nвых=250 об/мин
Момент на выходном (1-ом) валу
Суммарное время работы редуктора
tУ= L•365•Kгод•24•Ксут=3•365•0,5•24•0,2=2628 час
Здесь L — срок службы в годах
Кинематическая схема
3. Выбор материала и расчет допускаемых напряжений
Расчетная твердость стали
По величине выбираем сталь 45, термообработанную на твердость НВ=219
Предел контактной выносливости
МПа
Базовое число циклов
Число циклов нагружения зуба шестерни
Коэффициент долговечности
Принимаем КHL=1 (если КHL<1). Допускаемые контактные напряжения
Где SH=1,1 — коэффициент безопасности
Придел изгибной выносливости
МПа
Базовое число циклов NFO=4•106
Коэффициент долговечности
Принимаем КFL=1 (если КFL<1, принять КFL=1)
Допускаемые напряжения изгиба
где SF=1.75 — коэффициент безопасности.
4. Расчет прямозубой цилиндрической передачи
Расчетное число зубьев шестерни
Принимаем Z1=23 (округлить до целого числа)
Число зубьев колеса
Принимаем Z2=138
Расчетный делительный диаметр шестерни
где КН=1,2 — коэффициент нагрузки;
Шbd=0.8 — коэффициент ширины шестерни;
Расчетный модуль зацепления
Принимаем m=2 мм (округлить в большую сторону по ряду: 0,8 1 1,25 1,5 2 2,5 3). Межосевое расстояние
мм
Диаметр делительной окружности шестерни
мм
Диаметр делительной окружности колеса
мм
Диаметр окружности вершин зубьев
мм
Диаметр окружности впадин зубьев
Ширина зацепления
Принимаем b=37 мм. Ширина шестерни b1= b+4= 37+4= 41 мм. Ширина колеса b2= b= 37 мм
Проверочный расчет
Рабочее контактное напряжение
192,36 МПа? 282,318 МПа
Коэффициент формы зуба шестерни
Расчетные напряжения изгиба в зубьях шестерни
21,28 МПа? 225,25 МПа
где KF= 1,3 — коэффициент нагрузки.
Силы в зацеплении (на колесе)
Окружная
Радиальная
5. Проектный расчет валов. Подбор подшипников
5.1 Входной вал
Предварительный диаметр выходного участка
Где [ф] =20 МПА — допускаемое напряжение кручения.
Принимаем dв1=dдв=24 мм
Диаметр ступени под уплотнение
dу1=dв1+ (3ч5) =24+3=28 мм
(значение диаметра dу1 принять по ряду: 20 22 24 25 28 30 32 35 36 38 40 42)
Диаметр ступени под подшипники
dп1 =dу1+ (1ч4) =28+2=30 мм
(значение диаметра dп1 принять по ряду: 20 25 30 35 40 45)
Диаметр упорного буртика
dб1=dп1+6= 30+6=36 мм
В опорах волов устанавливаем радиальные шарикоподшипники легкой серии. Габаритные размеры подшипников:
d=dп1= 30 мм, D=62 мм, В=16 мм
5.2 Выходной вал
Предварительный диаметр выходного участка
Принимаем dв2=dв1+6= 24+6=30 мм
Диаметр ступени под уплотнение
dy2=dв2+ (3ч5) = 30+5=35 мм
Принимаем dy2=35 мм
(значение диаметра dу2 принять по ряду: 20 22 24 25 28 30 32 35 36 38 40 42 44 46 48)
Диаметр ступени под подшипники
dп2=dy2+ (1ч4) = 35+4=39 мм
Принимаем dп2= 50 мм
(значение диаметра dп2 принять по ряду: 20 25 30 35 40 45 50 55)
Диаметр ступени под цилиндрическое колесо
dк2= dп2+5=40+5=45 мм
Диаметр упорного буртика
dб2=dк2+10= 45+10=55 мм
В опорах волов устанавливаем радиальные шарикоподшипники легкой серии
Габаритные размеры подшипников: d=dп2= 40 мм, D= 62 мм, В=16 мм
Динамическая грузоподъемность подшипников Cr=19 500 H
6. Расчет элементов корпуса редуктора
Толщина стенки корпуса
Принимаем д=6 мм (округлить в большую сторону по ряду: 6 8 10)
Диаметр стяжных болтов
Принимаем dБ=80 мм (значение округлить в большую сторону по ряду: 8 10 12)
Ширина фланца корпуса
K=3• dБ=3•8=24 мм
Толщина фланца корпуса и крышки корпуса
дфл=1,5•д=1,5•6=9 мм
Толщина фланца основания корпуса
досн=2•д=2•6=12 мм
Толщина ребер жесткости
дж=5 мм
Диаметр фундаментных болтов
dф=dБ+2=8+2=10 мм
Ширина фланца основания корпуса
Кл=3•dф=3•10=30 мм
Диаметр винтов крышек подшипников
dв=6 мм
7. Подбор и проверочный расчет шпоночных соединений
7.1 Входной вал
Принимаем lв1=l1=50 мм
По диаметру dв1=24 мм и длине выходного участка L=lв1 выбираем шпонку 8×7×45 мм
Проверочный расчет на смятие:
где t1=4 — глубина паза на валу
[у] =120 МПа — допускаемое напряжение на смятие.
7.2 Выходной вал
Для выходного участка по диаметру dв2=30 мм и длине выходного участка L=2dв2 выбираем шпонку 8×7×50 мм.
Для ступени под колесо сечение шпонки bxh выбираем по диаметру dк2=45 мм, а длину — по длине ступицы колеса L=lст 14×9×56 мм.
8. Проверочный расчет выходного вала
8.1 Расчет и построение эпюр изгибающих моментов
Нагрузка на вал: Ft2=463,7 Н; Fr2=168,7 Н.
Расстояние между опорами: l1=44,38 мм; l2=45,38 мм.
Плоскость Axz — действует сила Ft2
; RBz• (l1+l2) — Ft2•l1=0
RAz=Ft2-RBz=463,7−229,2=234,4 Н
Изгибающий момент на участке x1:
Mz1= RAz •x1; при x1=0Mz1=0;
при x1= l1Mz1= RAz• l1=234,4 •44,38=10 402,67 Н•мм
Плоскость Ayx — действует сила Fr2
; RBy• (l1+l2) — Fr2•l1=0
RAy=Fr2-RBy=168,7−85,26=393 Н
Изгибающий момент на участке x1:
My1= RAy •x1; при x1=0My1=0;
при x1= l1My1= RAy• l1=83,44 •44,38=3703 мм
Суммарный изгибающий момент в опасном сечении
Крутящий момент на валу
T=Tвых•103=80•103=8•104 Н•мм
Рисунок 1.
Эпюра крутящих и изгибающих моментов на выходном валу
8.2 Расчет коэффициента запаса усталостной прочности
Вал изготавливаем из стали 40 (ГОСТ 1054−74) с пределом прочности ув=620 МПА и пределами выносливости на изгиб у-1 и кручение ф-1:
у-1= 0,43•ув=0,43•620=267 МПА
ф-1= 0,58• у-1=0,58•267=155 МПА
Коэффициенты концентрации напряжений
kу=0,9+0,0014• ув=0,9+0,0014•620=1,768
kф=0,6+0,0016• ув=0,6+0,0016•620=1,592
Масштабные факторы
еу=0,984−0,0032•dk2=0,984−0,0032•55=0,808
еф=0,86−0,003•dk2=0,86−0,003•55=0,695
Коэффициент шероховатости: в=0,92
Коэффициенты асимметрии цикла: Шу=0,2; Шф=0,1
Осевой W и полярный Wp моменты сопротивления:
где b, t1 - ширина и глубина шпоночного паза на валу.
Напряжения в опасном сечении
уm=0
Коэффициенты запаса прочности по нормальным напряжениям изгиба:
Коэффициенты запаса прочности по касательным напряжениям кручения:
Общий коэффициент запаса усталостной прочности:
Проверка условия прочностиn? [n] =1,7 8,85?1,7
9. Проверочный расчет подшипников выходного вала
Рисунок 2.
Реакции опор
Raz=234,4 Н
Rау=83,44 H
Rbz= 229,2 Н
Rby = 85,26 Н
Динамическая грузоподъемность подшипников
Cr=32 000 H
Полные реакции опор
Приведенная радиальная нагрузка при отсутствии осевых сил:
где V = 1 — коэффициент вращения; R — большее значение из полных реакций опор RA и RB; Кб = 1,4 — коэффициент безопасности; Кт = 1 — температурный коэффициент. Долговечность подшипников
где tУ=2453 час — суммарное время работы передачи.
10. Подбор соединительной муфты
Для соединения электродвигателя и редуктора выбираем муфту упругую со звездочкой по ГОСТ 14 084–76.
Проверка на передаваемый момент ТР:
где КH = 2 — коэффициент режима работы;
T1 - момент на входном валу;
[T] =63Н•м — момент, передаваемый стандартной муфтой.
11. Подбор смазки и уплотнений валов
Сорт масла выбирается по кинематической вязкости, которая зависит от величины контактных напряжений в зубьях и окружной скорости колеса .
Для смазки редуктора при расчетном контактном напряжении = 463,4 МПа и окружной скорости
Выбираем масло индустриальное И-30А
Для уплотнения валов выбираем резиновые манжеты по ГОСТ 8752–79.
Основные детали и узлы редуктора.
Подшипники.
В опорах валов установлены радиальные шарикоподшипники легкой серии. Габаритные размеры подшипников d, D и В берутся из каталога на подшипники ГОСТ 8338–75.
Уплотнения.
В качестве уплотнения валов используются резиновые манжеты по ГОСТ 8752–79.
Болты, винты, гайки, шайбы пружинные.
Для соединения отдельных деталей редуктора используются резьбовые соединения — болты, винты, гайки.
Болт, винт ГОСТ 7808–70
Гайка ГОСТ 2524–70
Шайба пружинная ГОСТ 6402–70
Подшипниковые узлы.
Подшипниковый узел воспринимает нагрузку от валов и передает ее на корпус редуктора.
Он состоит из подшипников, крышки подшипника, уплотнения и элементов крепления.
В узле с выходным участком вала устанавливают сквозную крышку подшипника, в противоположном узле — глухую крышку подшипника.
В сквозной крышке для предотвращения выброса масла из редуктора устанавливается уплотнение — резиновая манжета.
Крышки подшипников винтами присоединяются к корпусу редуктора и ограничивают осевое смещение валов и подшипников.
Для регулировки подшипников между крышками и корпусом устанавливаются металлические прокладки.
Основные размеры сквозной и глухой крышек приведены на соответствующих рисунках.
Шпоночное соединение.
Шпоночное соединение служит для передачи вращающегося момента с вала на втулку (зубчатое колесо, полумуфта) и наоборот. ГОСТ 23 360–78
Фланцевое соединение основания и крышки корпуса.
Соединение основания и крышки корпуса осуществляется стяжными болтами диаметром dБ.
Для этого на основании и крышке корпуса выполняется фланец шириной К=3dБ, где dБ - диаметр стяжного болта. Толщина фланцев равна дфл=1,5д, где д — толщина стенки корпуса. С целью предотвращения самоотвинчивания гайки болтовое соединение выполняют с пружинной шайбой.
Штифты.
Конические штифты применяются для жесткого соединения и точной установки и основания корпуса при сборке редуктора. Конические штифты имеют конусность 1: 50.
ГОСТ 3129–70
Крышка смотрового люка (окна)
Для заливки масла и осмотра зубчатых колес в крышке корпуса имеется смотровой люк (окно). Люки делают прямоугольной формы и закрывают стальной крышкой. Размер люка должен быть максимально возможным и назначается конструктивно. Чтобы внутрь корпуса не попадала пыль, под крышку ставят прокладку из технического картона.
Маслоуказатель.
Контроль уровня масла, находящегося в редукторе, производится с помощью жезлового маслоуказателя. Маслоуказатель устанавливается в положение, обеспечивающем его свободное извлечение — маслоуказатель не должен упираться во фланец корпуса. Угол наклона маслоуказателя находится в пределах а=. Масло заливается до уровня, обеспечивающего погружение зубчатого колеса на высоту зуба.
Пробка сливная.
При работе передач масло постепенно загрязняется продуктами износа и свойства его ухудшаются. Поэтому масло, налитое в корпус редуктора, периодически меняют. Для этой цели в корпусе предусматривают сливное отверстие, закрываемое пробкой с цилиндрической резьбой. Под пробку ставят уплотняющую прокладку из маслостойкой резины. Маслоспускное отверстие выполняют на уровне дна или несколько ниже его.
Пробка сливная имеет цилиндрический поясок и шестигранник под ключ.
Сборка редуктора.
Перед сборкой внутреннюю полость корпуса редуктора тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской.
Сборку производят в соответствии со сборочным чертежом редуктора, начиная с узлов валов:
на ведущий вал насаживают мазеудерживающие кольца и шарикоподшипники, предварительно нагретые в масле до 80−100°С;
в ведомый вал закладывают шпонку 16Ч10Ч70 и напрессовывают зубчатое колесо до упора в бурт вала; затем надевают распорную втулку, мазеудерживающие кольца и устанавливают шарикоподшипники, предварительно нагретые в масле.
Собранные валы укладывают в основание корпуса редуктора и надевают крышку корпуса, покрывая предварительно поверхности стыка крышки и корпуса спиртовым лаком. Для центровки устанавливают крышку на корпус с помощью двух конических штифтов; затягивают болты, крепящие крышку к корпусу.
После этого на ведомый вал надевают распорное кольцо, в подшипниковые камеры закладывают пластичную смазку, ставят крышки подшипников с комплектом металлических прокладок для регулировки.
Перед постановкой сквозных крышек в проточки закладывают войлочные уплотнения, пропитанные горячим маслом. Проверяют проворачиванием валов отсутствие заклинивания подшипников (валы должны проворачиваться от руки) и закрепляют крышки винтами.
Далее на конец ведомого вала в шпоночную канавку закладывают шпонку, устанавливают звездочку и закрепляют ее торцевым креплением; винт торцевого крепления стопорят специальной планкой.
Затем ввертывают пробку маслоспускового отверстия с прокладкой и жезловый маслоуказатель.
Заливают в корпус масло и закрывают смотровое отверстие крышкой с прокладкой из технического картона; закрепляют крышку болтами.
Собранный редуктор обкатывают и подвергают испытанию на стенде по программе, устанавливаемой техническими условиями.
1. Чернавский С.А., Боков К.Н., Чернин И.М. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие. Издание третье стереотипное. Перепечатка с издания 1987 г. М.: ООО ТИД «Альянс», 2005.
2. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. М.: Издательский центр «Академия», 2003.