Новосибирская государственная академия водного транспорта
Технический уровень всех отраслей народного хозяйства в значительной мере определяется уровнем развития машиностроения. На основе развития машиностроения осуществляется комплексная механизация и автоматизация производственных процессов в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве, на транспорте.
Объектом курсового проекта является привод цепного конвейера с червячным редуктором.
Редукторы бывают: червячные, цилиндрические, конические, волновые и т.д. Чаще всего они выполняются в виде отдельного механизма, служащего для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины, а так же понижает угловую скорость на валу рабочей машины.
Редуктор состоит из корпуса, который может быть получен при помощи литья или сварки. В самом корпусе уже располагают отдельные части: валы, зубчатые колеса, подшипники и др. Литье корпусов обычно применяют при серийном производстве так как это более целесообразно, и изготавливают чаще всего из чугуна.
В процессе проектирования по курсу детали машин ставится целью использовать опыт конструирования унифицированных передач, накопленный в промышленности. Проектируемый редуктор может быть общего или специального назначения. Редукторы специального назначения допускается выполнять с нестандартными параметрами. Однако при проектировании даже нестандартных редукторов необходимо широко использовать стандартные и нормализованные стали.
Для передачи крутящего момента от двигателя к редуктору, либо от редуктора к рабочей машине используют различные передачи, такие как ременные цепные, но чаще всего используют муфты. Конструкция муфт разнообразна. Тип муфты выбирают в зависимости от тех требований, которые предъявляются к ней в данном приводе. Муфта должна компенсировать несоосность валов, уменьшать динамические нагрузки, предохранять привод от перегрузки и т.д.
Если стандартные муфты не удовлетворяют условиям конструкции, проектируют специальные муфты. Основной паспортной характеристикой любой муфты является крутящий момент, на передачу которого она рассчитана.Так же рассматривают редуктор по технико-экономическим показателям для определения и стремлению к мировому уровню машиностроения.
1. Подбор электродвигателя для привода и определение крутящих моментов на валах
Определяем мощность привода цепного конвейера
, (1)
.
Необходимая мощность двигателя
, (2)
где
– общий к.п.д. привода.
Из заданной кинематической схемы привода
определяется зависимостью
, (3)
где
– к.п.д. зубчатой передачи;
– к.п.д. муфты;
– коэффициент, учитывающий потери в опорах вала;
– число валов.
– число муфт
.
Определяем необходимую мощность двигателя по формуле (2)
.
Выбираем электродвигатель 132S8/720 номинальной мощностью
и частотой вращения
.
Угловая скорость быстроходной ступени редуктора
, (4)
.
Определяем угловую скорость барабана
, (5)
.
Общее передаточное отношение привода
, (6)
.
Находим угловую скорость на тихоходном валу редуктора
, (7)
.
Вычисляем крутящие моменты на валах привода
,
,
2. Расчет прямозубой цилиндрической передачи
2.1 Определение допускаемых контактных напряжений
Допускаемое контактное напряжение определяем по формуле
, (8)
где
– предел контактной выносливости, МПа;
– коэффициент запаса прочности;
– коэффициент долговечности;
,
– коэффициент, учитывающий шероховатость сопряженных поверхностей зубьев;
– коэффициент, учитывающий окружную скорость;
Для зубчатых колес назначаем сталь 40Х с термообработкой: улучшение+закалка Т.В.Ч – для колеса HB=280, сталь 35ХМ. – для шестерни с термообработкой улучшение + закалка HRC=53, HB=295. Определяем пределы контактной выносливости:
– для шестерни
;
– для колеса
.
Коэффициент запаса прочности
. Принимаем
.
Коэффициент долговечности определяется по формулам:
при
, (9)
где
– базовое число циклов напряжений, соответствующее пределу выносливости;
– эквивалентное число циклов напряжений.
при
. (10)
Эквивалентное число циклов напряжений определяется по формуле
, (11)
где
– коэффициент приведения переменного режима нагрузки к постоянному эквивалентному режиму;
– число зацеплений зуба за один оборот колеса;
– продолжительность работы передачи за расчетный срок службы, ч.
Коэффициент
определяется по формуле
, (12)
где
,
– максимальное и промежуточное значения крутящих моментов;
– соответствующие этим моментам частота вращения и продолжительность работы.
Продолжительность работы передачи за расчетный срок службы
,
.
Использую формулу (12) определим коэффициент
, с учетом того, что
,
.
Определяем базовые числа циклов напряжений по формуле
,
.
Определяем эквивалентные числа циклов напряжений по формуле (12)
Коэффициенты долговечности
т.к.
и
.
Определяем допускаемое контактное напряжение по формуле (8) для шестерни и колеса
,
.
В качестве допускаемого контактного напряжения принимаем меньшее.
2.2 Определение допускаемых напряжений изгиба
Допускаемое напряжение изгиба определяется по формуле
, (13)
где
– базовый предел выносливости зубьев, определяемый в зависимости от способа термической или химико-термической обработки, МПа;
– коэффициент безопасности;
– коэффициент, учитывающий влияние двухстороннего приложения нагрузки;
Определяем базовый предел выносливости зубьев
Определяем базовый предел выносливости зубьев
,
.
Коэффициент долговечности определяется по формуле
, (14)
где
– базовое число циклов напряжений
;
– эквивалентное число циклов напряжений;
– показатель степени кривой усталости
Эквивалентное число циклов напряжений определяется по формуле
, (15)
где
– коэффициент приведения переменного режима нагрузки к постоянному эквивалентному режиму.
Коэффициент
определяется по формуле
, (16)
,
.
Определяем эквивалентные числа циклов напряжений по формуле (15)
,
.
По формуле (14) находим коэффициент долговечности для шестерни и колеса
,
.
Коэффициенты долговечности равны 1, так как они не могут быть меньше 1.
Определяем допускаемые изгибные напряжения по формуле (13)
,
.
2.3 Определение основных параметров
Ориентировочное значение межосевого расстояния
, мм, определяется по формуле
, (17)
где
– вспомогательный коэффициент
;
– коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца;
– коэффициент ширины зубчатого колеса
.
Определяем коэффициент
.
Коэффициент
принимаем в зависимости от параметра
по графику,
.
Вычисляем межосевое расстояние по формуле (17)
Принимаем
.
Определяем рабочую ширину венца
.
Принимаем ширину венца
и
.
Нормальный модуль
; принимаем
.
Определяем число зубьев шестерни и колеса
;
.
Принимаем
и
.
Вычисляем делительные диаметры, диаметры вершин, основные диаметры и диаметры впадин шестерни и колеса
;
;
;
;
;
.
Уточняем межосевое расстояние
Окружная скорость
.
Для данной скорости рекомендуется 8‑я степень точность.
2.4 Проверка на контактную выносливость
Контактная выносливость устанавливается сопоставлением действующих в полюсе зацепления расчетного и допускаемого контактных напряжений
Расчетное контактное напряжение в полюсе зацепления определяется следующим образом:
, (18)
где
– коэффициент, учитывающий механические свойства материалов сопряженных зубчатых колес определяется по формуле:
, для стальных зубчатых колес принимаем
.
– коэффициент, учитывающий форму сопряженных поверхностей зубьев в полюсе зацепления определяется по формуле:
, (если
и
, ,
то
),
– коэффициент, учитывающий суммарную длину контактных линий определяется по формуле:
,
где
- коэффициент торцевого перекрытия
,
,
тогда
.
–удельная расчетная окружная сила определяется по формуле:
, (19)
где
(для прямозубых передач), – коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями;
(определяется по графику), – коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине венца;
– окружная сила,
– коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку, определяется по формуле:
, (20)
где
– удельная окружная динамическая сила, определяется по формуле:
,
где
– коэффициент, учитывающий влияние вида зубчатой передачи и модификации профиля головок зубьев,
– коэффициент, учитывающий влияние разности шагов зацепления зубьев колеса и шестерни,
тогда
,
.
Рассчитываем
по формуле (20)
.
Рассчитываем
по формуле (19)
H/мм.
Находим допускаемые контактные напряжения
по формуле:
,
где
- коэффициент, учитывающий шероховатость сопряжённых поверхностей зуба,
– коэффициент, учитывающий окружную скорость, определяется по графику
– коэффициент долговечности определяется по графику в зависимости от отношения
,
- коэффициент безопасности,
- предел контактной выносливости,
тогда
МПа.
Определяем расчетное контактное напряжение в полюсе зацепления по формуле (18)
МПа.
Проверяем прочность зубьев при перегрузках по формуле,
где
допускаемое предельное напряжение,
где
МПа – предел текучести,
тогда
МПа
Определим прочность зубьев при перегрузках
.
2.5 Проверка на изгибную выносливость
Выносливость зубьев, необходимая для предотвращения усталостного излома зубьев, устанавливают сопоставлением расчетного местного напряжения от изгиба в опасном сечении на переходной поверхности и допускаемого напряжения
.
Расчетное местное напряжение при изгибе определяется по формуле
, (21)
где
– удельная окружная сила;
– коэффициент, учитывающий влияние формы зуба и концентрацию напряжений;
(для прямозубой передачи) – коэффициент, учитывающий влияние наклона зуба;
– коэффициент, учитывающий влияние перекрытия зубьев.
Определим коэффициенты
и
, .
Определяем окружную силу на делительном цилиндре
Н/м
Коэффициент
определяем по формуле
, (22)
где
– динамическая добавка.
Динамическую добавку можно определить по следующей формуле
, (23)
где
– коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями,
– коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине венца
– удельная окружная динамическая сила.
,
где
– коэффициент, учитывающий влияние вида зубчатой передачи и модификации профиля головки зубьев;
– коэффициент, учитывающий влияние разности шагов зацепления зубьев шестерни и колеса.
.
Определяем динамическую добавку по формуле (23)
.
Вычисляем коэффициент
по формуле (22)
.
Определим удельную окружную силу по формуле
Определим допускаемые напряжения изгиба на выносливость шестерни и колеса, МПа
,
где
– коэффициент, учитывающий влияние двухстороннего приложения нагрузки,
– коэффициент долговечности,
– коэффициент, учитывающий нестабильность свойств материала зубчатого колеса и шестерни,
– коэффициент, учитывающий способ получения зубчатого колеса, тогда
МПа,
МПа.
Определяем отношение
для шестерни и колеса,
Определяем расчетное напряжение по формуле (21)
МПа
Сопоставляем расчетное и допускаемое напряжения,
.
Проверяем прочность зубьев при перегрузках на изгиб по формуле
где
допускаемое предельное напряжение,
где
МПа – предел текучести
2.6 Силы, действующие в зацеплении
В прямозубой передаче нормальная сила
направлена под углом
к торцу колеса. Разложив
на составляющие, получим окружную силу
;
радиальную силу
;
3. Расчет деталей редуктора
3.1 Проектирование валов редуктора
3.1.1 Общие сведения
Проектный расчет вала выполняется по напряжениям кручения (касательным), т.е. при этом не учитываются напряжения изгиба, концентрация напряжений и их цикличность. Поэтому для компенсации приближенности этого метода расчета допускаемые напряжения на кручение
принимают заниженным [τ] = 10–20 МПа. При этом меньшие значения принимаются для быстроходных валов, а большие – для тихоходных.
Редукторный вал имеет ступенчатую форму, которая обеспечивает удобство монтажа, возможность осевой фиксации расположенных на валу деталей и приближает его по форме к брусу равного сопротивления. Количество и размеры ступеней зависит от количества и размеров, установочных на вал деталей. Проектный расчет ставит целью определить ориентировочно геометрические размеры каждой i – той ступени вала: диаметр di
и длину Li
.
Переходный участок вала между двумя смежными ступенями разных диаметров может быть выполнен галтелью постоянного радиуса или канавкой для выхода шлифовального круга. Шлифуется посадочная поверхность вала в местах установки подшипников для требуемой стандартом шероховатости.
Так – как диаметры шестерни и быстроходного вала близки к друг другу, в редукторах обычно выполняют шестерню заодно с валом (вал – шестерня).
Ориентировочные размеры ступеней вала определяются по зависимостям представленным ниже.
Первая ступень вала (под элемент открытой передачи или полумуфту):
;
где Т – крутящий момент на валу, Нм
[τ]кр
– допускаемые касательные напряжения, Па
Примем равной 25
Если диаметр выходного конца быстроходного вала соединен с двигателем через муфту, то d1
необходимо согласовать с диаметром вала электродвигателя d1
.
Вторая ступень вала (под уплотнения крышки с отверстием и подшипник):
где t – высота буртика.
Примем равной 30
Диаметр второй ступени округляется до ближайшего числа кратного пяти:
Третья ступень вала (под шестерню):
где r – координата фоски подшипника.
Первая ступень вала (под элемент открытой передачи или полумуфту):
Ориентировочные размеры ступеней вала определяются по зависимостям представленным ниже.
;
где Т – крутящий момент на валу, Нм
[τ]кр
– допускаемые касательные напряжения, Па
принимаем
Вторая ступень вала (под уплотнения крышки с отверстием и подшипник):
где t – высота буртика.
Диаметр второй ступени округляется до ближайшего числа кратного пяти:
Третья ступень вала (под колесо):
Размеры пятой ступени:
принимаем
Данная ступень может быть заменена распорной втулкой.
3.2 Расчет тихоходного вала редуктора
Выполним проектный расчет вала и его опор (см. рис.):
Нм,
мин
, ширина колеса – 39 мм, диаметр колеса
мм,; на выходном конце вала упругая муфта; материал вала – сталь 45Х, улучшенная,
Мпа,
Мпа. Срок службы длительный, нагрузка близка к постоянной, допускается двух кратная кратковременная перегрузка.
1. Диаметр выходного конца вала
определяем при
посадки колеса
мм; диаметр в месте посадки подшипников
мм; диаметр в месте посадки муфты
мм;
мм;
мм; мм.
2. Определяем допускаемую нагрузку на выходном конце вала, полагая, что редуктор может быть использован как редуктор общего применения
Н.
3. Определяем силы в зацеплении по формуле
Н;
Н.
4. Определяем реакции в опорах и строим эпюры изгибающих и крутящих моментов (см. рис. 1). Рассмотрим реакции от сил
и
действующих в вертикальной плоскости. Сумма проекций:
;
. Сумма моментов
. При этом =
=
Н;
Н
Реакции от сил
и
, действующим в горизонтальной плоскости.
Н.
3.2.1 Расчетная
Просчитаем два предполагаемых опасных сечений: сечение I – Iпод колесо, и сечение II – II рядом с подшипником, ослабленное галтелью. Для первого сечения изгибающий момент:
Нмм,
Крутящий момент
Нмм.
Напряжение изгиба
или
Мпа.
Напряжение кручения
или
Мпа.
Определяем
МПа;
МПа;
МПа.
По таблицам определяем для шпоночного паза
,
.
По графику
, для шлифовального вала
.
По формулам
;
.
Запас сопротивления усталости по изгибу
где
;
;
;
– Коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении
– Коэффициенты, корректирующие влияние постоянной составляющей цикла напряжений на сопротивление усталости,
– масштабный фактор,
- фактор шероховатости.
Запас сопротивления усталости по кручению
Запас сопротивления усталости при совместном действии напряжений кручения и изгиба
Для второго сечения II – II изгибающий момент
Нмм; крутящий момент
Нмм.
Напряжение изгиба
или
Мпа.
Напряжение кручения
или
Мпа.
Принимаем
галтели равным 2 мм;
и находим
; .
Запас сопротивления усталости по изгибу
Запас сопротивления усталости по кручению
Запас сопротивления усталости при совместном действии напряжений кручения и изгиба
Больше напряжено второе сечение
3.3 Расчет подшипников качения на тихоходном валу
Суммарные реакции:
для опоры
;
для опоры
.
Выбираем шарикоподшипники радиальные однорядные 208 легкой серии
,
,
,
, .
Выбираем подшипники по более нагруженной опоре.
Поэтому
кН,
Расчетная долговечность, мил. Об.
Расчетная долговечность, ч:
ч;
где
об/мин – частота вращения тихоходного вала.
Определяем эквивалентную долговечность:
тыс. ч.;
где
– коэффициент режима нагрузки.
млн. об.
Динамическая грузоподъемность:
H.
Условие динамической грузоподъемности выполняется
3.4 Расчет шпоночного соединения
Шпонки призматические. Размеры сечений шпонок, пазов и длин выбираем по СТ СЭВ 189–75.
Для шпонок выбираем материал сталь 45 с нормализацией. Напряжение смятия и условие прочности рассчитываем по формуле
, (25)
где
– диаметр вала;
– высота шпонки;
– глубина паза на валу;
– длина шпонки;
– ширина шпонки;
– допускаемые напряжения смятия (для стальной ступицы и от режима работы выбирается в пределах
).
Быстроходный вал
.
Тихоходный вал
Проверяем шпонку под кулачковой муфтой
4. Расчет муфт
Быстроходный вал редуктора соединяется с электродвигателем муфтой. Выбираем сравнительно простую и широко распространенную в приводах машины муфту с резиновой звездочкой.
Работоспособность резиновой звездочки определяется напряжением смятия и определяется по формуле
, (26)
где
– число зубьев звездочки (6)
– внешний диаметр зубьев звездочки;
– внутренний диаметр зубьев звездочки;
– длина упругого элемента
;
– допускаемое напряжение смятия
.
,
Условие прочности выполняется.
Тихоходный вал редуктора соединяется с приводом муфтой. Выбираем сравнительно простую и широко распространенную в приводах машины муфту с резиновой звездочкой.
Работоспособность резиновой звездочки определяется напряжением смятия и определяется по формуле (26)
,
Условие прочности выполняется.
5. Технико-экономические показатели
Степень стандартизации редуктора
,
где
– число стандартных деталей;
– число всех деталей редуктора.
.
Весовой показатель редуктора
, (27)
где
– вес сухого редуктора.
Вес сухого редуктора определим по формуле
, (28)
где
– коэффициент заполнения
;
– объем редуктора;
– средняя плотность стали
.
Определяем объем редуктора
,
где
– длина редуктора
;
– ширина редуктора
;
– высота редуктора
.
.
Вычисляем вес сухого редуктора по формуле (28)
.
По формуле (27) вычисляем весовой показатель редуктора
.
Заключение
В курсовом проекте был разработан червячный редуктор к приводу цепного конвейера, а так же представлен расчет редуктора и основные геометрические размерения. Сам привод и редуктор были спроектированы на листах формата А1.
В работе были использованы знания из ряда использованных дисциплин: механики, сопротивления материалов, технологии металлов, взаимозаменяемости и др.
К данному редуктору была разработана муфта, цепная передача от редуктора к конвейеру. А так же выбран материал для той или иной детали редуктора. При расчете были учтены кратковременные перегрузки, которые могут происходить во время работы привода, и просчитан на выносливость различных деталей.
Редуктор проверен по технико-экономическим показателям, по которым видно, что редуктор близок к мировому уровню.
содержание ..
276
277
278 ..
|