МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

СУМСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ОСНОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАШИН

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

на тему:

«Расчеты двухступенчатого,

цилиндрического, косозубого редуктора»

080402 КП-09.000.00

Выполнил                                                                  Студент  ИТ-22

                                                                                              Остапенко

                                                                                             Вариант 9

Проверил                                                                   Концевич

Сумы 2005

Содержание

 

1 Выбор электродвигателя и кинематический расчет

2 Расчет передач

3 Предварительный расчет валов редуктора

3.1 Ориентировочный расчет валов

3.2 Компоновка редуктора, конструирования зубчатых колес и корпуса

редуктора 

3.3 Приближенный расчет валов

3.4 Выбор подшипников

3.5 Выбор посадок

3.6 Расчет соединений

4 Выбор смазки

5 Выбор и проверочный расчет муфт

6 Список литературы

 1 Выбор электродвигателя и кинематический расчет

Задание :

Спроектировать привод цепного конвейера.

 

Исходные данные :

Окружная сила на звёздочке :

Скорость движения цепи      : 

Диаметр звёздочки                 :

 

Рисунок 1. Схема привода цепного конвейера

Определяем общий КПД привода :

КПД муфты                                      :

КПД цилиндрической передачи    :

КПД пары подшипников качения :

КПД цепной передачи                    : 

Мощность на валу звёздочки :

Требуемая мощность электродвигателя :

По требуемой мощности  с учётом возможностей привода, состоящего из одноступенчатого редуктора с цилиндрической прямозубой передачей, выбираем электродвигатель 3-х фазный, короткозамкнутый, серии 4А, закрытый обдуваемый, с синхронной частотой вращения  с параметрами  и скольжением .

Номинальная частота вращения и угловая скорость :

Угловая скорость барабана :

бщее передаточное отношение : 

Частные передаточные числа :  

-  для тихоходной ступени     :

-  для быстроходной ступени :  

 

Вал 1 :

 

Вал 2 :

Вал 3 :

Вал 4 :

Таблица результатов :

														dвых
1	973	101.84	9.62	94.46	1			0.97
2	973	101.84	9.33	91.65		5				0.9653
3	194.6	20.37	9.01	442.31			3.395						0.92
4	57	5.97	8.25	1374.4

Проверка :

                   - Условие выполняется

2 Расчет передач

 

2.1 Расчет цилиндрических зубчатых передач

 

2.1. 1 Определение допускаемых напряжений

По условию задания материал шестерни – Сталь 35ХМ, с термообработкой – закалкой. С HRC и МПа [1, с.8, табл. 2.1 и 2, с.35, табл.3.3].

Допускаемое контактное напряжение:

,

.

Допускаемое напряжение изгиба:

,

,

[1, с.9, табл. 2.2].

Материал колеса – Сталь 40Х с термообработкой – улучшение, 235-262 НВ и пределом текучести МПа.

Допускаемое контактное напряжение [1, с.8, табл. 2.1, 2.2]:

,

.

Допускаемое напряжение изгиба:

,

.

2.1.2 Определения размеров венцов зубчатых колес

Расчетное допускаемое напряжение:

,

.

В качестве расчетного контактного напряжения принимаем . Требуемое условие  выполнено.

Межосевое расстояние быстроходной ступени:

 

,                                      (2.1)

где для косозубых колес , а передаточное число быстроходной ступени , =0,4 [1, с.11].

Срок службы в редуктора в часах:

часа,

где =0,25, =0,4.

Число циклов нагружения редуктора:

,

где =192 об\мин.

Базовое число циклов нагружений -[смотрим график нагружений]:

,

где  - средняя твердость колеса.

Коэффициент концентрации загрузки:

, где [1, с.11]

 - эквивалентный момент на колесе, где  - коэффициент долговечности, - крутящий момент на зубчатом колесе быстроходной ступени.

Коэффициент эквивалентной нагрузки:

Принимаем: .

Тогда .

.

Принимаем: .[1, с.12]

Делительный диаметр колеса:

.

Ширина колеса:

.

Модуль зацепления:

,                                                     (2.2)

где = 5,8 [1, с.12], допускаемое напряжение изгиба - ,

 - эквивалентный момент на колесе.

Коэффициент долговечности:

,                                              (2.3)

где  - базовое число циклов нагружения.

Коэффициент эквивалентности: m=6 при термической обработке улучшения.

.

.

Принимаем , .

.

Принимаем m₁=2мм.

Минимальный угол наклона зубьев:

.

Суммарное число зубьев:

зуба.

Определяем действительный угол наклона зубьев:

.

Число зубьев шестерни:

зубьев.

Число зубьев колеса:

зуба.

Уточняем передаточное число:

,

,

что допустимо [1, с.13].

Делительный диаметр шестерни:

.

.

Диаметры окружностей вершин:

,

.

Диаметры окружностей впадин:

,

.

Межосевое расстояние тихоходной ступени:

 

,                                       (2.4)

где для косозубых колес , а передаточное число тихоходной ступени , =0,4 [1, с.11].

.

Коэффициент концентрации загрузки:

, где  x=0,75 – коэффициент режима нагрузки

[1, с.11]

.

В качестве расчетного контактного напряжения принимаем .

.

.

Принимаем: [1, с.12].

Делительный диаметр колеса:

.

Ширина колеса:

.

Модуль зацепления:

,                                                 (2.5)

где = 5,8 [1, с.12], допускаемое напряжение изгиба - ,

 - крутящий момент на колесе.

.

Принимаем m₂=3мм.

Минимальный угол наклона зубьев:

.

Суммарное число зубьев:

зуба.

Определяем действительный угол наклона зубьев:

.

Число зубьев шестерни:

зубьев.

Число зубьев колеса:

зуба.

Уточняем передаточное число:

,

,

что допустимо [1, с.13].

Делительный диаметр шестерни:

.

.

Диаметры окружностей вершин:

,

.

Диаметры окружностей впадин:

,

.

2.1.3 Проверочные расчеты зубчатых передач

По напряжению изгиба в зубьях колеса:

,                     (2.6)

Предварительно определим окружную скорость колеса быстроходней ступени:

.

При такой скорости степень точности зацепления 9 [1, с.14, табл.2.5].

Тихоходной ступени:

.

Степень точности зацепления – 9 [1, с.14, табл.2.5].

Окружная сила в зацеплении тихоходной ступени:

.

Быстроходной ступени:

.

Проверка на изгиб быстроходной ступени:

(1, с.14)

, z₂=103, z₁=20, коэффициент формы зуба:  [1, с.16, табл.2.8].

При переменной нагрузке:

,

где x=0,75 – коэффициент режима [см. выше], - начальный коэффициент, концентрации нагрузки [1, с.15, табл.2.6]

.

Эквивалентная окружная сила:

,

где (см. выше), тогда .

,

.

Расчетное напряжение изгиба в зубьях шестерни:

.

Тихоходная ступень:

[1, с.14].

, z₄=94, z₃=24, коэффициент формы зуба:  [1, с.16, табл.2.8].

При переменной нагрузке:

,

где x=0,75 – коэффициент режима [см. выше], - начальный коэффициент, концентрации нагрузки [1, с.15, табл.2.6].

.

Эквивалентная окружная сила:

,

где [см. выше], тогда .

,                                 (2.7)

.

Расчетное напряжение изгиба в зубьях шестерни:

.

Проверка зубьев колес по контактным напряжениям.

Для быстроходной ступени:

 

,                     (2.8)

[1, с.16 табл.2.9], - ширина колеса, - передаточное число быстроходной ступени, - межосевое расстояние быстроходной ступени, , - для косозубых передач, [1, с.10]

,

.

Тихоходная ступень:

 

,                       (2.9)

 

[1, с.16 табл.2.9], - ширина колеса, - передаточное число тихоходной ступени, - межосевое расстояние тихоходной ступени, , - для косозубых передач, [1, с.10].

,

.

2.1.4 Определения сил действующих в зацеплении

Окружная сила на колесе быстроходной ступени:

.

Тихоходной ступени:

.

Радиальная сила быстроходной ступени:

,

где , , .

Для тихоходной ступени:

,

где , , .

Осеева сила:

Для быстроходной ступени:

Для тихоходной ступени:

.

3 Предварительный расчет валов редуктора

3.1 Ориентировочный расчет валов

 

Предварительный расчет валов проведем на кручение по пониженным допускаемым напряжениям.

Ведущий вал быстроходной ступени:

,

где  - допускаемое напряжение при кручении, - крутящий момент на шестерни быстроходной ступени.

С учетом соединения вала шестерни быстроходной ступени с валом электродвигателя муфты МУВП (муфта упруга втулочно-пальцева), принимаем диаметр:мм.

Диаметр вала под уплотнением и подшипником: .

Шестерню выполняем заодно с валом: .

Ведомый вал быстроходной ступени (и ведущий тихоходной ступени):

,

где  - допускаемое напряжение при кручении, - крутящий момент на ведомом валу быстроходной ступени.

Принимаем диаметр вала под подшипники: , диаметр под ведомым колесом быстроходной ступени: .

Диаметр выходного конца ведомой тихоходной ступени:

,

где  - допускаемое напряжение при кручении, -крутящий момент на ведомом валу тихоходной ступени.

Принимаем: , ,.

3.2 Компоновка редуктора, конструирования зубчатых колес и

корпуса редуктора

 

3.2.1 Конструктивные размеры зубчатой передачи

Шестерни выполняются заодно с валами. Быстроходный вал:

, , .

Колесо быстроходной ступени кованое:

, , , .

Диаметр вала под колесом: .

Диаметр ступицы: .

Длина ступицы: .

Толщина обода: .

Толщина диска: .

Тихоходная ступень:

Размер шестерни: , , .

Колесо быстроходней ступени кованое:

, , .

Диаметр вала под колесом: .

Диаметр ступицы: .

Длина ступицы: .

Толщина обода: .

Толщина диска:.

 

3.2.2 Конструктивные размеры корпуса редуктора

Толщина стенок корпуса и крышки: .

Принимаем: .

.

Толщина фланцев поясов корпуса и крышки:

, .

Нижний пояс корпуса:

.

Принимаем .

Диаметр болтов:

Фундаментальных: .

Принимаем М20.

Крепящих крышку к корпусу у подшипников: . Принимаем болты с резьбой М16.

Соединяющих крышку с корпусом: . Принимаем болт с резьбой М12.

Компоновка необходима для приближенного определения положения зубчатых колес относительно опор, определения опорных реакций и подбора подшипников.

При очерчивании внутренней стенки корпуса:

1)  принимаем зазор между корпусами ступицами колеса . Принимаем А₁=10мм.

2)  Принимаем зазор от окружности вершин зубьев колеса до внутренней стенки корпуса А=δ=8мм.

Предварительно намечаем радиальные шарикоподшипники. Результаты подбора занесем в таблицу:

Таблица 2 - Предварительный подбор подшипников

№ вала	Условное обозначение подшипников	Размеры, мм			Грузоподъемность, кН
		d	D	B	C	C0
1	36208	40	80	18	38	23,2
2	36208	40	80	18	38	23,2
3	46215	75	130	25	61,5	54,8

Подшипники ведомого вала быстроходной ступени будем смазывать пластичной смазкой.

Измерением находим расстояния между наружными торцами подшипников:

, , .

Для радиально упорных подшипников расстояние от торцов до точки приложения реакции опор: ,

.

Ведущий вал быстроходной ступени: (см. рисунок 1)

, .

Ведомый вал быстроходной ступени:

, .

Ведомый вал тихоходной ступени: (см. рисунок 2)

, .

3.3 Приближенный расчет валов

 

3.3.1 Расчет ведущего вала быстроходной ступени

Из предыдущих расчетов:

 - окружная сила быстроходной ступени;

 - осевая сила в зацеплении быстроходной ступени;

 - радиальная сила быстроходной ступени.

Расчетная схема вала червячного колеса приведена на Рисунке 1.

Определяем реакции в опорах плоскости XZ 

,                                   (3.1)

,                                     (3.2)

Проверка: ,

,                                           (3.3)

-722+2577-1855=0

0=0.

Определяем реакции в опорах плоскости YZ

,                                (3.4)

,                             (3.5)

Проверка: =0,

,                                        (3.6)

-229+953-724=0,

0=0.

Построим эпюры крутящих и изгибающих моментов в горизонтальной плоскости:

;

.

Построим эпюры крутящих и изгибающих моментов в вертикальной плоскости:

.

Опасным сечением является сечение Б-Б:

,                                        (3.7)

где , .

.

Из условия прочности:

,                                     (3.8)

,                                        (3.9)

где =310МПа.

.

По расчету , что значительно больше расчетного.

 

Рисунок 1 – Расчетная схема ведущего вала

3.3.2 Расчеты ведомого вала быстроходной ступени

 

Рисунок 2 – Расчетная схема ведомого быстроходной ступени

Из предыдущих расчетов:

,  - окружная сила ведомого вала быстроходной ступени;

 , - осевая сила ведомого вала  в зацеплении быстроходной ступени;

,  - радиальная сила ведомого вала быстроходной ступени.

Расчетная схема вала червячного колеса приведена на Рисунке 2.

Определяем реакции в опорах плоскости XZ 

,                       (3.10)

,                      (3.11)

Проверка: ,

,                                    (3.12)

-746-2577+7225-3902=0

0=0.

Определяем реакции в опорах плоскости YZ

,           (3.13)

,          (3.14)

Проверка: =0,

,                                   (3.15)

-668-953+2674-1053=0,

0=0.

Построим эпюры крутящих и изгибающих моментов:

;

;

;

;

;

         Опасным сечением является сечение Б-Б:

,                                        (3.16)

где , .

.

Из условия прочности:

,                                     (3.17)

,                                        (3.18)

где =310МПа.

.

т.е.  по расчету , что значительно больше расчетного.

3.3.3 Расчеты ведомого вала тихоходной ступени

Рисунок 3 – Расчетная схема ведомого вала тихоходной ступени

Из предыдущих расчетов:

 - окружная сила ведомого вала;

 - осевая сила ведомого вала  в зацеплении;

 - радиальная сила ведомого вала.

Расчетная схема вала червячного колеса приведена на Рисунке 2.

Определяем реакции в опорах плоскости XZ 

,                                       (3.19)

,                                    (3.20)

Проверка: =0,

,                                      (3.21)

4817-7225+2408=0,

0=0.

Определяем реакции в опорах плоскости YZ

,                                (3.22)

,                             (3.23)

Проверка: =0,

,                                        (3.24)

-21-2674+2695=0,

0=0.

Построим эпюры крутящих и изгибающих моментов:

;

;

.

Опасным сечением является сечение Б-Б:

,                                        (3.25)

где , .

.

Из условия прочности:

,                                     (3.26)

,                                        (3.27)

где =480МПа.

.

А у нас по расчету , что значительно больше расчетного.

3.4 Выбор подшипников

 

3.4.1 Ведущий вал быстроходной ступени

Суммарные реакции:

;

.

Предварительно принимаем подшипники 36208 [см. табл.2]

Эквивалентная нагрузка: более нагруженная опора 1.

,                              (3.28)

Где P_r=1991Н, V=1 – вращается внутреннее кольцо подшипника, F_а1=467Н, k_б=1 [2, табл.9.19], k_т=1 [2, табл.9.20].

 при этом е=0,316 [2, табл.9.18].

Осевые составляющие:

;

.

В нашем случае S₁ > S₂,  F_a>0, тогда P_a1=S₁=629H, P_a2=S₁-F_a=629-467=162H.

, тога x=1, y=0.

.

Расчетная долговечность, млн. об:

,                                          (3.29)

млн. об.

Расчетная долговечность в часах:

,                                               (3.30)

часов, что больше установленных, значить подшипник подходит.

3.4.2 Расчет подшипника ведомого вала быстроходной ступени

Суммарные реакции:

;

.

Предварительно принимаем подшипники 36208 [см. табл.2]

Эквивалентная нагрузка: более нагруженная опора 4.

F_a=F_a3-F_a4=1336-467=869H.

 при этом е=0,35 [2, табл.9.18].

Осевые составляющие:

;

.

В нашем случае S₃ < S₄ , тогда F_a4=S₄+F_a=1915+869=2284H.

, тога x=0,45, y=1,57[2, табл.9.18].

.

Расчетная долговечность, млн. об:

,                                          (3.31)

,млн. об.

Расчетная долговечность в часах:

,                                               (3.32)

часов, что больше установленных, значить подшипник подходит.

3.4.3 Расчет подшипников ведомого вала тихоходной ступени

Суммарные реакции:

;

.

Предварительно принимаем подшипники 46215 [см. табл.2]

Эквивалентная нагрузка: более нагруженная опора 6.

е=0,68 [2, табл.9.18].

Осевые составляющие:

;

.

В нашем случае S₅ < S₆ , тогда F_a4=1336H, F_a5=1637H,

 F_a6= S₅+ F_a4=1637+1336=2973Н.

, тога x=1, y=0.

.

Расчетная долговечность, млн. об:

,                                          (3.33)

млн. об.

Расчетная долговечность в часах:

,                                               (3.34)

часов, что больше установленных, значить подшипник подходит.

3.5 Выбор посадок

Посадки назначаем в соответствии с указанными данными в табл.10.13 [2].

Посадки зубчатых колес на валы -  по ГОСТ 25347-82

Посадки муфт на валы редуктора - .

Шейки валов под подшипники выполняем с отклонением по посадке k6.

Отклонений отверстий в корпусе под наружные  кольца подшипников по посадке Н7.

Мазеудерживающие кольцо сажаем на вал по посадке - .

Посадка вала под монтажом – h8.

3.6 Расчет соединений

 

 3.6.1 Расчет шпоночных соединений

Применяем шпонки призматические по ГОСТ 23360-78. Материал шпонки, сталь 45, нормализованная.

Условие прочности:

,                                     (3.35)

где L_p=L-b.

         Допускаемое напряжение смятия при стальной ступицы , при чугунной .

Ведущий вал: d=36мм; bxh=10x8 мм; t₁=5 мм; длина шпонки l=80 мм; момент на ведущем валу Т=55,6٠10³Н٠мм.

,

т.е. шпонка подходит.

         Расчет шпонки под зубчатое колесо наведомом валу быстроходной ступени: d=50мм; bxh=14x9 мм; t₁=5,5 мм; длина шпонки l=90 мм; момент на ведущем валу Т=269,7٠10³Н٠мм.

,

т.е. шпонка подходит.

         Ведомый вал тихоходной ступени: d=65мм; bxh=18x11 мм; t₁=7 мм; длина шпонки l=90 мм; момент на ведущем валу Т=1036٠10³Н٠мм.

,

т.е. шпонка подходит.

Расчеты шпонки под зубчатым колесом на ведомом валу: d=85мм; bxh=22x14 мм; t₁=9 мм; длина шпонки l=100 мм; момент на ведущем валу Т=1036٠10³Н٠мм.

,

т.е. шпонка подходит.

4 Выбор смазки

 

4.1 Выбор смазки зацеплений и подшипников

Смазывание зубчатого зацепления производиться окунанием зубчатого колеса в масло, заливаемое внутрь корпуса до уровня, обеспечивающие погружение колеса примерно на 10 мм. Объем масляной ванны V определяем из расчета 0,25 дм³ масла на 1 кВт передаваемой мощности: V=0,25٠5,76=1,44 дм³.

Устанавливаем вязкость масла [2, с.253, табл.10.8]. При контактных напряжениях  и скорости v=2,1м/с рекомендуемая вязкость масла  должна быть примерно равна 20٠10^-6м²/с. Принимаем масло индустриальное И-30А [2, с. 253, табл. 10.10] по ГОСТ 20799-75.

Камеры подшипников заполняем пластичным смазочным материалом УТ-1 [2, с.204, табл. 9.14] периодически пополняем его шприцом через пресс-масленки.

5 Выбор и проверочный расчет муфт

 

Выбираем для соединения редуктора и электродвигателя упругую втулочно-пальцевую муфту (МУВП). Эту муфту применяют в случаях, когда возможна несоосность валов и работа соединения сопровождается толчками и ударами.

Расчет муфты сводится к определению размеров пальцев и упругих элементов.

Пальцы рассчитываются на изгиб:

Крутящий момент на быстроходном валу Т₁=55,6Н٠м; Т_р=2٠55,6=11,2Н٠м.[4, с.386, табл. 17.8 и 17.9].

z=6 – число пальцев;

d_n=14 мм – диаметр пальцев;

D₀=100 мм – диаметр окружности расположения пальцев;

l_n=33 мм – длина пальцев;

d_вт=27 мм – диаметр втулки;

l_n=14 мм – длина втулки.

,                            (5.1)

Проверяем прочность втулки на смятие:

,                         (5.2)

.

Выбираем туже муфту (МУВП) для соединения редуктора и цепного конвеера.

Крутящий момент на быстроходном валу Т₃=1036Н٠м; Т_р=1٠1036=1036Н٠м.[4, с.386, табл. 17.8 и 17.9].

z=10 – число пальцев;

d_n=18 мм – диаметр пальцев;

D₀=170 мм – диаметр окружности расположения пальцев;

l_n=42 мм – длина пальцев;

d_вт=35 мм – диаметр втулки;

l_n=36 мм – длина втулки.

Расчет пальцев на изгиб:

.

Проверяем прочность втулки на смятие:

6 Список литературы

 

1.  Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин.- М.: Высшая школа, 1985.- 125с

2.  Чернавский С.А. Курсовое проектирование деталей машин. – М.: Машиностроение, 1987.- 150с

3.  Иванов М.Н. Детали машин – М.: Высшая школа, 1991. – 200с.

4.  Кузьмин А.В., Чернин И.М., Козницов Б.С. Расчеты деталей машин.- М.:  Высшая школа, 1986.- 200с.

Еще из раздела Промышленность, производство:

• Реферат: Вещества, улучшающие цвет, аромат и вкус продуктов
• Контрольная работа: Влияние материала прокатных валков на их работоспособность
• Курсовая работа: Розрахунок напольно-завалочної машини
• Дипломная работа: Проектирование кислородно-конвертерного цеха №2 ОАО "ММК"
• Курсовая работа: Сварка системы аварийного охлаждения
• Контрольная работа: Стандартизация и сертификация продукции. Иностранные сертификаты качества
• Реферат: Исследование процессов ионного легирования полупроводниковых материалов

---