|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Определение требуемой мощности двигателяСтр 1 из 7Следующая ⇒
УДК 621.833-342 (07) ББК 34.446 (я7) П 79
Рецензенты: д-р техн. наук, профессор. Зубаиров С.Г. д-р техн. наук Набиев Т.С. М.Ш. Мигранов, С.М. Минигалеев, О.Ф. Ноготков, А.А. Сидоренко,
ISBN 978-5-86911-879-0
Изложены основы расчета силовых и кинематических параметров механического привода, методы расчета на прочность и основы конструирования зубчатых редукторов, помещены необходимые справочные материалы. Предназначено для студентов специальностей 220401 «Мехатроника»; 220402 «Роботы и робототехнические системы»; 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств»; 150702 «Физика металлов»; 200401 «Биотехнические и медицинские аппараты и системы»; 200402 «Инженерное дело в медико-биологической практике» и др.
Табл. 32. Ил. 41. Библиогр.: 6 назв. Научный редактор д-р техн. наук, проф. Л.Ш. Шустер
УДК 621.833-342 (07) ББК 34.446 (я7)
Содержание
ВВЕДЕНИЕ
Создание машин, отвечающих требованиям рынка, должно предусматривать их высокие технико-экономические и эксплуатационные показатели. Основные требования, предъявляемые к создаваемой машине: высокая производительность, надёжность, технологичность, ремонтопригодность, минимальные габариты и масса, удобство эксплуатации, экономичность, техническая эстетика. Все эти требования необходимо учитывать в процессе проектирования и конструирования машин. Основной задачей проектирования и конструирования машин является разработка конструкторской документации, необходимой для изготовления опытного образца, монтажа, испытания и эксплуатации проектируемого изделия. Проектирование − это процесс разработки общей конструкции изделия. Конструирование − это дальнейшая детальная разработка всех вопросов, решение которых необходимо для воплощения принципиальной схемы в реальное изделие. Проект − это документация, получаемая в результате проектирования и конструирования. Правила проектирования и оформления конструкторской документации стандартизованы. ГОСТ 2.103-68 устанавливает стадии разработки конструкторской документации на изделия всех отраслей промышленности и этапы выполнения работ: техническое задание, техническое предложение (при курсовом проектировании не разрабатывается), эскизный проект, рабочая документация. В условиях учебного процесса стадии проектирования несколько упрощаются. В курсовом проекте по прикладной механике изучение основ конструирования студенты начинают с проектирования простейших элементов машин общего назначения. При его выполнении разрабатывают графические и текстовые конструкторские документы. Объём проекта зависит от специализации студента. Знания и опыт, полученные студентом при выполнении данного курсового проекта, являются базой для выполнения курсовых работ по специальным дисциплинам и дипломного проекта.
Цель курсового проектирования: - систематизировать, расширить и закрепить теоретические знания, а также развить расчётно-графические навыки у студентов; - ознакомить с конструкциями типовых деталей и узлов; - привить навыки самостоятельного решения инженерно-технических задач и умения рассчитать и сконструировать механизмы и детали общего назначения на основе полученных знаний; - помочь овладеть техникой разработки конструкторских документов на различных стадиях проектирования и конструирования; - научить проектантов защищать принятое техническое решение.
В процессе проектирования студенты выполняют следующее: - дают анализ назначения и условий, в которых находится проектируемое изделие, и наиболее рациональное конструктивное решение с учётом технологических, монтажных, эксплуатационных и экономических требований; - производят кинематические расчёты; - определяют нагрузки, действующие на звенья механизма; - производят расчёты конструкции по критериям работоспособности; - решают вопросы, связанные с выбором материала и наиболее технологичных форм деталей; - продумывают процесс сборки и разборки узлов и механизма в целом. При этом они работают с действующими стандартами, справочной литературой и приобретают навыки пользования ими при выборе конструкции и размеров детали. Рабочая документация проекта разрабатывается на основе конструктивных решений, принятых в техническом проекте, и предусмотрена техническим заданием проекта. Сборочный чертёж редуктора или узла выходного вала, выполненный на основании конструктивной компоновки, даёт представление о последовательности и порядке сборки, а также устанавливает контроль габаритных, установочных, присоединительных и посадочных (сопряжённых) размеров. В рабочей документации студенты разрабатывают спецификацию, определяющую состав редуктора или узла, выполняют необходимые расчёты и рабочие чертежи двух сопряжённых деталей. В заключение приводятся сведения о правилах и порядке оформления и комплектации конструкторской документации курсового проекта в соответствии с нормами и требованиями ЕСКД и СТО УГАТУ 016-2007. 1. РАСЧЕТ СИЛОВЫХ И КИНЕМАТИЧЕСКИХ Курсовой проект по прикладной (технической) механике для студентов всех специальностей включает в себя расчёт и проектирование приводов машин, работающих при длительной постоянной или переменной нагрузке (транспортёров, вентиляторов, насосов, компрессоров и др.). Проектируемый привод состоит из электродвигателя и одноступенчатого зубчатого редуктора, ведущий вал которого соединяется с валом электродвигателя посредством муфты (обычно упругой компенсирующей), а ведомый несёт на себе консольно расположенную шестерню открытой передачи (цилиндрической или конической) или находится под воздействием радиальной нагрузки FM. Исходными данными к проектированию привода являются: - кинематическая схема редуктора; - мощность на ведомом валу редуктора Pp в кВт или вращающий момент Твых в Нм; - частота вращения ведомого вала n2 в об/мин; - число зубьев шестерни открытой передачи на ведомом валу z3(если передача коническая, необходимо задать также передаточное отношение) или значение радиальной нагрузки - время работы передачи (ресурс) Lh в часах; - типовой режим работы привода. По этим данным прежде всего подбирают требуемый электродвигатель. Выбор электродвигателя предусматривает определение его мощности, типа, частоты вращения вала и основных размеров. Таблица 1.4 Двигатели. Основные размеры, мм
После выбора электродвигателя и определения передаточного отношения редуктора выполняют расчеты зубчатых передач. РАСЧЕТЫ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ 2.1. Выбор материала зубчатых колес
При выборе материала зубчатых колес следует учитывать назначение проектируемой передачи, условия эксплуатации, требования к габаритным размерам и возможную технологию изготовления колёс. Основным материалом для изготовления зубчатых колёс является сталь. Необходимую твердость в сочетании с другими механическими характеристиками (а следовательно, желаемые габариты и массу передачи) можно получить за счет назначения соответствующей термической или химико-термической обработки стали. В условиях индивидуального и мелкосерийного производства, в мало- и средненагруженных передачах, а также в передачах с большими габаритами колес (когда термическая обработка их затруднена) обычно применяют стали с твердостью не более 350 НВ, которая обеспечивается нормализацией или термоулучшением материала. При этом возможно чистовое нарезание зубьев непосредственно после термообработки с высокой точностью изготовления, а при работе передачи обеспечивается хорошая прирабатываемость зубьев без хрупкого разрушения их при динамических нагрузках. Для равномерного изнашивания зубьев и лучшей их прирабатываемости твёрдость шестерни НВ1рекомендуют назначать больше твёрдости НВ2колеса не менее чем на (10…15) НВ. В условиях крупносерийного и массового производства целесообразно применять зубчатые колеса с высокотвердыми зубьями. При твердости более 350 НВ её обычно выражают в единицах Роквелла − НRC (1 HRC 10 НВ). Такая твердость обеспечивается после проведения упрочняющих видов термической и химикотермической обработки: закалки (обьемной или поверхностной), цементации с последующей закалкой, азотирования и др. Применение высокотвердых материалов является резервом повышения нагрузочной способности зубчатых передач, уменьшения их габаритов и массы. Однако с высокой твердостью материала связаны дополнительные трудности: плохая прирабатываемость зубьев, прогрессирующее усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев, необходимость проведения термообработки после зубонарезания. Большинство видов упрочняющей термообработки сопровождается значительным короблением зубьев. Для исправления формы зубьев, восстановления требуемой степени точности требуются дополнительные дорогостоящие зубоотделочные операции (шлифование, полирование, притирка и т.п.), что удлиняет технологический процесс изготовления зубчатых колес и значительно повышает стоимость передачи. Рекомендуемые для изготовления зубчатых колес марки конструкционных сталей, виды их термообработки и соответствующие основные механические характеристики приведены в табл. 2.1. При этом важно, чтобы размеры заготовок колес (диаметр Dзаги толщина обода или диска Sзаг) не превышали предельных значений Dпред и Sпред.
Таблица 2.1
Механические характеристики сталей
Окончание табл. 2.1
Примечания: 1. В графе " Термообработка" приняты следующие обозначения: Н − нормализация, У − улучшение, ТВЧ − закалка токами высокой частоты, З – объемная закалка, ЦК – цементация, 2. Для цилиндрических и конических колёс с выточками принять меньшее из значений Dзаг, Sзаг.
Выбор материала валов
В проектируемых редукторах для валов рекомендуется применять термически обрабатываемые среднеуглеродистые и легированные стали 45, 40Х, 40ХН и др. Механические характеристики сталей для изготовления валов определяют по табл. 2.1.
Предварительный выбор подшипников качения
Выбор наиболее рационального типа подшипника для данных условий работы редуктора весьма сложен и зависит от целого ряда факторов: передаваемой мощности редуктора, типа передачи, соотношения сил в зацеплении, частоты вращения внутреннего кольца подшипника, требуемого срока службы, приемлемой стоимости, схемы установки. Предварительный выбор подшипников для каждого из валов редуктора проводят в следующем порядке: 1. В соответствии с рекомендациями табл. 3.2 определяют тип, серию и схему установки подшипников. 2. По справочнику-каталогу [6, 2] выбирают типоразмер подшипников по величине диаметра внутреннего кольца подшипника, равного диаметру d2и d4ступеней вала под подшипники. 3. По выбранному из каталога типоразмеру определяют основные параметры подшипников: геометрические размеры d, D, B(T, С); динамическую Сr и статическую Сr0 грузоподъёмности. Здесь D диаметр наружного кольца подшипника, В ширина шарикоподшипника; T и С осевые размеры конического роликоподшипника.
Конические зубчатые колеса
Конструктивные формы конических зубчатых колес с внешним диаметром вершин зубьев dae 120 мм представлены на рис. 4.5. При угле делительного конуса колеса 30 < < 45 допускаются обе конструкции конических колес. Размер ступицы колеса определяют по рекомендациям для цилиндрических зубчатых колес. При внешнем диаметре вершин зубьев колеса свыше 120 мм рекомендуют конструкции колес, показанные на рис. 4.6. По форме на рис. 4.6, а конструируют колеса при единичном или мелкосерийном производстве. Колеса меньших диаметров изготавливают точением из прутка (из цилиндрической заготовки), больших − свободной ковкой с последующей токарной обработкой.
Рис. 4.5
Рис.4.6 По рис. 4.6, б конструируют конические колеса при крупносерийном производстве. Тонкими линиями показаны контуры заготовки колеса, получаемой ковкой в двусторонних штампах (штамповкой). При любой форме колес внешние углы зубьев притупляют фаской
Валы - шестерни
Принципиально возможны два конструктивных исполнения шестерен зубчатых передач: за одно целое с валом (вал - шестерня) и отдельно от вала (насадная шестерня). Качество вала - шестерни (жесткость, точность зацепления и т.п.) оказывается выше, а стоимость изготовления ниже, чем вала с насадной шестерней, поэтому все шестерни редукторов, как правило, выполняют за одно целое с валом. На рис. 4.7 показаны характерные конструктивные формы вала - шестерни. На рис. 4.7, а конструкция шестерни обеспечивает нарезание зубьев со свободным выходом зуборезного инструмента (червячной фрезы или долбяка). При больших передаточных числах передачи наружный диаметр шестерни, как правило, мало отличается от диаметра вала, и валы - шестерни конструируют в этом случае по форме на рис. 4.7, б. Выход червячной фрезы определяют графически по ее наружному диаметру Dф, назначаемому в зависимости от модуля зацепления и степени точности передачи по следующим рекомендациям:
Рис. 4.7
По возможности желательно избегать конструкции врезных шестерен, так как в этом случае затрудняется работа червячной фрезы или шлифовального круга (при чистовой обработке зубьев). На рис. 4.7, в показан вариант конструкции конического вала - шестерни. 5. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ КОРПУСА
Корпус редуктора служит для размещения и координации деталей передачи, защиты их от загрязнения, организации системы смазки, а также воспринятия сил, возникающих в зацеплении редукторной пары, подшипниках, открытой передаче. В проектируемых одноступенчатых редукторах принята в основном конструкция разъёмного корпуса, состоящего из крышки и основания (рис. 5.1, 5.2). Корпуса вертикальных цилиндрических редукторов могут иметь (рис. 5.1) в отдельных случаях два разъёма, что определяет ещё одну часть корпуса среднюю. Несмотря на разнообразие форм корпусов, они имеют одинаковые конструктивные элементы подшипниковые бобышки, фланцы, рёбра, соединённые стенками в единое целое, и их конструирование подчиняется некоторым общим правилам. Форма корпуса определяется в основном технологическими, эксплуатационными и эстетическими требованиями с учётом его прочности и жёсткости. Этим требованиям удовлетворяют корпуса прямоугольной формы с гладкими наружными стенками без выступающих конструктивных элементов: подшипниковые бобышки и рёбра внутри; стяжные болты только по продольной стороне корпуса в нишах; крышки подшипниковых узлов преимущественно врезные; фундаментные лапы не выступают за габариты корпуса (см. рисунки типовых конструкций редукторов в атласе и [2]). Предлагаемые формы корпусов не единственные. В случае необходимости можно создавать другие конструкции. Габаритные (наружные) размеры корпуса определяются размерами расположенной в корпусе редукторной передачи и кинематической схемой редуктора
.
Рис.5.2 При этом вертикальные стенки редуктора перпендикулярны основанию, верхняя плоскость крышки корпуса параллельна основанию зубчатая передача вписывается в параллелепипед (см. рис. 5.1). Поэтому конструирование зубчатой передачи, валов и подшипниковых узлов, размеры которых предварительно определены в эскизном проекте (см. рис. 3.2), выполняются во взаимосвязи с конструированием корпуса. В малонагруженных редукторах (Т2 500 Нм) толщины стенок крышки и основания корпуса принимаются одинаковыми (рис. 5.3) Внутренний контур стенок корпуса очерчивают по всему периметру корпуса с учётом зазоров и hМмежду контуром и вращающимися деталями (см. рис. 3.2). Особое внимание уделяют фланцевым соединениям, которые воспринимают нагрузки от зубчатой передачи. Различают пять видов фланцев: 1 − фундаментный основания корпуса (рис. 5.4); 2 − подшипниковый бобышки основания и крышки корпуса; 3 − соединительный основания и крышки корпуса; 4 − крышки подшипникового узла; 5 − крышки смотрового люка. Конструктивные элементы фланца с соответствующим ему индексом выбирают в зависимости от диаметра d крепёжного винта (болта) из таблицы 5.1 [2] или определяют по рекомендации (рис. 5.5): для винтов ширина k 2.2d; координата оси отверстия С = k / 2; высота опорной поверхности под головку для болтов ширина k 2, 7d; координата оси отверстия С = k/2 − (1...2) мм.
Рис. 5.4
Диаметр d крепёжного винта (болта) определяется в зависимости от значения главного геометрического параметра редуктора aw по табл. 5.1.
Таблица 5.1
В таблице индекс диаметра d крепёжного винта (болта) указывает на его принадлежность соответствующему фланцу (см. рис. 5.3 − 5.5). Фундаментный фланец основания корпуса предназначен для крепления редуктора к фундаментной раме (плите). Опорная поверхность фланца выполняется в виде двух длинных параллельно расположенных или четырёх небольших платиков (см. рис. 5.3, 5.4). Места крепления располагают на возможно большем (но в пределах корпуса) расстоянии друг от друга L1. Длина опорной поверхности платиков L = L1 + b1; ширина b1 = 2, 4 ∙ d01 + 1, 5 ∙ ; высота h1= (2, 3...2, 4).
Рис. 5.5
Проектируемые редукторы крепятся к раме (плите) четырьмя болтами (шпильками), расположенными в нишах корпуса. Размеры ниш даны на рис. 5.5; высота ниш h01= (2, 0...2, 5) ∙ d1при креплении шпильками, h01= 2, 5 ∙ (d1+ ) болтами. Форма ниши (угловая или боковая) определяется размерами, формой корпуса и расположением мест крепления. По возможности корпус крепится к раме (плите) болтами снизу, что исключает необходимость конструирования ниши. Фланец подшипниковой бобышки крышки и основания корпуса предназначен для соединения крышки и основания разъёмных корпусов. Фланец расположен в месте установки стяжных подшипниковых болтов (винтов) (см. рис. 5.3); на продольных длинных сторонах корпуса; в крышке наружу от её стенки, в основании – внутрь от стенки. Количество подшипниковых (стяжных) винтов равно 2 для вертикальных редукторов и 3 для горизонтальных. Подшипниковые стяжные винты ставят ближе к отверстию под подшипник на расстоянии L2друг от друга так, чтобы расстояние между стенками отверстий диаметром d02и DT (при установке торцовой крышки подшипникового узла) было не менее 3...5 мм (см. рис. 5.3). Высота фланца определяется графически, исходя из условий размещения головки винта на плоской опорной поверхности подшипниковой бобышки. В цилиндрическом горизонтальном редукторе (см. рис. 5.3) винт, расположенный между отверстиями под подшипники, помещают посередине между этими отверстиями. При этом наружные торцы подшипниковых бобышек для удобства обработки выполняют в одной плоскости. В разъёмных корпусах при сравнительно небольших продольных сторонах (при aw (de2) 160) фланец высотой h2выполняют одинаковым по всей длине (см. рис. 5.3). На коротких боковых сторонах крышки и основания корпуса, не соединённых винтами, фланец расположен внутрь корпуса и его ширина k3определяется от наружной стенки; на продольных длинных сторонах, соединённых винтами d3, фланец располагается: в крышке корпуса наружу от стенки, в основании внутрь. Количество соединительных винтов n3и расстояние между ними L3принимают по конструктивным соображениям в зависимости от размеров продольной стороны редуктора и размещения подшипниковых стяжных винтов. При сравнительно небольшой длине продольной стороны можно принять d3= d2и h3= h2и поставить один − два винта (см. рис. 5.3). При длинных продольных сторонах принимают h3= 1, 5 ∙ для болтов, h3= 1, 5 ∙ + d3 для винтов, а количество винтов n3и расстояние между ними L3определяют конструктивно. Фланец для крышки подшипникового узла, в котором отверстие (полость) в случаях неразъёмной или разъёмной подшипниковой бобышки закрывается торцовой крышкой, подбирается по диаметру винтов d4(табл. 5.2). Таблица 5.2
Параметры присоединительного фланца торцовой крышки подшипникового узла определяют по табл. 5.3 и 5.4. Фланец для крышки смотрового окна (см. рис. 5.1, 5.2, 5.6), для которого размеры сторон, количество винтов n3и расстояние между ними LБустанавливают конструктивно в зависимости от места расположения окна и размеров крышки смотрового окна; высота фланца h5= 3...5 мм. Для закрепления в корпусе сливных пробок, отдушин, маслоуказателей на крышке и основании предусмотрены опорные платики (фланцы). Размеры сторон платиков должны быть на величину e = 3...5 мм больше размеров опорных поверхностей прикрепляемых деталей. Высота платика h = 0, 5 ∙ d Подшипниковые бобышки предназначены для размещения комплекта деталей подшипникового узла (см. рис. 5.1, 5.3 ). В зависимости от конструкции крышки и основания корпуса редуктора возможно различное расположение бобышек подшипниковых узлов быстроходного и тихоходного валов.
Таблица 5.3
Конструктивные элементы фланца крышки и бобышки
В редукторах вертикального исполнения (рис. 5.1), когда разъем крышки и основания корпуса выполняют по оси ведомого вала, подшипниковые бобышки расположены внутри коробчатого корпуса. В редукторах горизонтального исполнения (рис. 5.2), когда разъем корпусных деталей выполняют по осям валов, бобышки подшипниковых узлов в основании корпуса располагают внутри корпуса, а в крышке – снаружи. Внутренний диаметр подшипниковой бобышки быстроходного DБи тихоходного DТвала равен внутреннему диаметру фланца для крышки подшипникового узла (см. табл. 5.4), а наружный DБ3(DТ3) = DБ(DТ) + 3,
Рис. 5.6
Длина гнезда подшипниковой бобышки l1быстроходного и l2тихоходного валов зависит от комплекта деталей подшипникового узла и типа подшипника (см. табл. 5.4); при этом учитываются размеры деталей регулирующих устройств, внутренних уплотнений и крышек.
Таблица 5.4 Определение длины l подшипникового гнезда, мм
Примечания: 1. h − высота центрирующего пояса торцовой крышки или высота врезной крышки (см. таблицу К15). 2. B(T) − ширина подшипника. 3. H1− высота регулировочного винта. 4. H − высота нажимной шайбы.
Рассмотрим рекомендации по конструированию отдельных деталей и элементов корпуса редуктора. Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-03-22; Просмотров: 1101; Нарушение авторского права страницы
в Н; 
мм, где Т2− вращающий момент на колесе тихоходного вала, Нм.
мм; 
