Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Кафедра «Детали машин, ПТМ и М»Стр 1 из 5Следующая ⇒
Кафедра «Детали машин, ПТМ и М» Группа 302313 РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЧЕРВЯЧНОГО РЕДУКТОРА Пояснительная записка Разработал студент Д.И.Зеньков Консультант В.И.Шпиневский 2005 Содержание 1 Назначение и область применения привода 2 Выбор электродвигателя и кинематический расчет 3 Определение мощностей и передаваемых крутящих моментов валов 4 Расчет червячной передачи 5 Предварительный расчет диаметров валов 6 Подбор и проверочный расчет муфты 7 Предварительный выбор подшипников 8 Компоновочная схема 9 Выбор и проверочный расчет шпоночных соединений 10 Расчет валов по эквивалентному моменту 11 Расчет валов на выносливость (проверочный расчет) 12 Расчет подшипников на долговечность 13 Выбор системы и вида смазки 14 Расчет основных размеров корпуса редуктора 15 Порядок сборки и регулировки редуктора 16 Назначение квалитетов точности, шероховатости поверхности, отклонений формы и взаимного расположения поверхностей Литература Назначение и область применения привода
Нам в нашей работе необходимо рассчитать и спроектировать привод конвейера. Привод предназначен для передачи вращающего момента от электродвигателя к исполнительному механизму. В качестве исполнительного механизма может быть ленточный или цепной конвейер. Привод состоит из двигателя 1 (рис.1), зубчато-ременной передачи 2, червячного редуктора 3 и муфты 4. Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи мощности от двигателя к рабочей машине. Назначение редуктора - понижение угловой скорости и повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим. Редуктор состоит из литого чугунного корпуса, в котором помещены элементы передачи - червяк, червячное колесо, подшипники, вал и пр. Входной вал редуктора посредством зубчато-ременной передачи соединяется с двигателем, выходной посредством муфты - с конвейером. Червячные редукторы применяют для передачи движения между валами, оси которых перекрещиваются. Так как КПД червячных редукторов невысок, то для передачи больших мощностей в установках, работающих непрерывно, проектировать их нецелесообразно. Практически червячные редукторы применяют для передачи мощности, как правило, до 45кВт и в виде исключения до 150кВт.
Выбор электродвигателя и кинематический расчет 2.1 Исходные данные для расчета:
выходная мощность - =3, 2 кВт; выходная частота вращения вала рабочей машины - =65 об/мин; нагрузка постоянная; долговечность привода – 10000 часов.
Рис. 1 – кинематическая схема привода, где: 1 – двигатель; 2 – клиноременная передача; 3 – червячная передача; 4 – муфта
Определение требуемой мощности электродвигателя. - требуемая мощность электродвигателя (2.1) где: - коэффициент полезного действия (КПД) общий. х (2.2) где[3, табл.2.2]: - КПД ременной передачи - КПД червячной передачи - КПД подшипников - КПД муфты Определение ориентировочной частоты вращения вала электродвигателя Определяем ориентировочную частоту вращения вала электродвигателя (2.3) где - выходная частота вращения вала рабочей машины - общее передаточное число редуктора. , где - передаточное число ременной передачи, передаточное число червячной передачи. Принимаем [3, табл.2.3]: , По требуемой мощности выбираем [2, т.3, табл.29] электродвигатель трехфазный короткозамкнутый серии АИ закрытый обдуваемый с синхронной частотой вращения 1500мин-1 АИР112М4, с параметрами Рном = 5, 5 кВт, мин -1, S=3, 7%, мин -1.
Определение действительных передаточных отношений. Определяем действительное передаточное соотношение из формулы (2.3)
Разбиваем по ступеням. Принимаем стандартное значение Передаточное число ременной передачи Принимаем 2.5 Определяем частоты вращения и угловые скорости валов.
- угловая скорость двигателя; - число оборотов быстроходного вала; - угловая скорость быстроходного вала; - число оборотов тихоходного вала; - угловая скорость тихоходного вала.
Определение мощностей и передаваемых крутящих моментов валов Расчет червячной передачи Исходные данные
4.2 Выбор материала червяка и червячного колеса
Для червяка с учетом мощности передачи выбираем [1, c.211] сталь 45 с закалкой до твердости не менее HRC 45 и последующим шлифованием. Марка материала червячного колеса зависит от скорости скольжения (4.1) м/с Для венца червячного колеса примем бронзу БрА9Ж3Л, отлитую в кокиль.
Предварительный расчет передачи
Определяем допускаемое контактное напряжение [1]:
[ σ н] =КHLСv0, 9sв, (4.2) где Сv –коэффициент, учитывающий износ материалов, для Vs=2, 39 он равен 1, 21 sв, - предел прочности при растяжении, для БрА9Ж3Л sв, =500 КHL - коэффициент долговечности КHL = , (4.3) где N=573w2Lh, (4.4) Lh – срок службы привода, по условию Lh=10000ч N=573х6, 82х10000=39078600 Вычисляем по (4.3): КHL = КHL =0, 84 [ σ н] =0, 84х1, 21х500=510 Число витков червяка Z1 принимаем в зависимости от передаточного числа при U = 10 принимаем Z1 = 4 Число зубьев червячного колеса Z2 = Z1 x U = 4 x 10 = 40 Принимаем предварительно коэффициент диаметра червяка q = 10; Коэффициент нагрузки К = 1, 2; [1] Определяем межосевое расстояние [1, c.61] (4.5) Вычисляем модуль (4.6)
Принимаем по ГОСТ2144-76 (таблица 4.1 и 4.2) стандартные значения m = 4 q = 10 а также Z2 = 40 Z1 = 4 Тогда пересчитываем межосевое расстояние по стандартным значениям m, q и Z2: (4.7) Принимаем aw = 100 мм.
Проверочный расчет
Проверяем фактическое контактное напряжение
МПа < [GH] = 510МПа. Проверяем прочность зубьев червячного колеса на изгиб. Эквивалентное число зубьев.
Коэффициент формы зуба [1, табл. 4.5] YF = 2, 19 Напряжение изгиба
Па = 92, 713 мПа Определяем окружные Ft, осевые Fa и радиальные Fr силы в зацеплении соответственно на червяке и на колесе по формулам: (4.19) (4.20) (4.21)
Данные расчетов сведены в табл.1.
Таблица 1 Параметры червячной передачи
Предварительный расчет диаметров валов Расчет ведущего вала
Ведущий вал – червяк (см.рис.2) Рис.2 Эскиз червяка
Диаметр выходного конца при допускаемом напряжении (согласно табл. 7.1 [2]):
По ГОСТ принимаем d1 =25мм Диаметры подшипниковых шеек d2 =d1+2t=25+2х2, 2=29, 9мм Принимаем d2 =30мм d3≤ df1=47, 88 Принимаем d3 =40мм l1 =(1, 2…1, 5)d1 =1, 4x25=35мм l2≈ 1, 5d2 =1, 5x30=45мм l3 =(0, 8…1)хdam=170мм l4 – определим после выбора подшипника
Расчет тихоходного вала
Ведомый вал – вал червячного колеса (см. рис.3) Рис.3 Эскиз ведомого вала Диаметр выходного конца
Принимаем ближайшее большее значение из стандартного ряда d1 =50мм Диаметры подшипниковых шеек d2 =d1+2t=50+2х2, 8=55, 6мм Принимаем d2 =60мм d3= d2 +3, 2r=60+3, 2х3=69, 6мм Принимаем d2 =71мм d5= d3 +3, 2r=71+9, 6=80мм l1 =(1, 0…1, 5)d1 =1, 2х50=60мм l2≈ 1, 25d2 =1, 25х60=75мм l3 =(0, 8..1)хdam=170мм l4 – определим после выбора подшипника
Предварительный выбор подшипников
Предварительный выбор проводим по табл.7.2.[2]. Так как межосевое расстояние составляет 100мм для червяка выбираем роликовые подшипники 7306 ГОСТ333-79, а для червячного колеса - 7512 ГОСТ333-79 (рис.4). Рис.4 Подшипник ГОСТ333-79. Параметры подшипников приведены в табл.2. Таблица 2 Параметры подшипников
Компоновочная схема.
Компоновочная схема редуктора с выбранными и рассчитанными размерами показана на рис.5. Рис.5 Компоновочная схема редуктора
Исходные данные для расчета
Составляем схему усилий, действующих на валы червячного редуктора (рис.7): Рис.7 Схема усилий, действующих на валы червячного редуктора
Определяем консольную нагрузку на муфте [1, табл.6.2]: ; (10.1)
Н Для определения консольной нагрузки на шкиве необходимо произвести расчет зубчато-ременной передачи.[1]. Определяем минимальный диаметр ведущего шкива по диаметру вала электродвигателя dДВ=32мм, шпонка bхh=10х8мм. Определяем минимальный диаметр ведущего шкива: d1= dДВ+h+10; d1min=50мм. Выбираем зубчатый ремень по ОСТ3805114-76 с модулем m=4, с трапецеидальной формой, шириной 84мм. Назначаем число зубьев ведущего шкива z=15. Определяем делительный диаметр ведущего шкива: d1=z x m d1=60мм. Определяем диаметр ведомого шкива:
где u-передаточное отношение передачи, u=2, 2;
Принимаем . Определяем ориентировочное межосевое расстояние
Принимаем а=110мм. Определяем расчетную длину ремня:
Принимаем l=550мм. Уточняем значение межосевого расстояния по стандартной длине ремня:
180мм. Определяем угол обхвата ремнем ведущего шкива: ;
Определяем скорость ремня:
где [v]-допускаемая скорость, для зубчатых ремней [v]=25м/с.
Определяем частоту пробегов ремня:
где [U]=30м-1 – допускаемая частота пробегов.
Определяем силу предварительного натяжения Fо ремня: (10.2) где С – поправочные коэффициенты [3, табл.5.2].
Определяем консольную нагрузку на шкиве [3, табл.6.2]:
Для построения эпюр с учетом рис.5, данных табл.1 и пункта 7 определяем расстояния прилагаемых сил (рис.8). Рис.8 Компоновочный эскиз вала Все выбранные данные сводим в табл.4. Таблица 4 Исходные данные для расчета валов
Расчет ведомого вала
Расчет производим аналогично п.10.1. Заменяем вал балкой на опорах в местах подшипников. Рассматриваем вертикальную плоскость (ось у) Изгибающий момент от осевой силы Fа будет: mа=[Faxd/2]: mа=138·160× 10-3/2=11Н× м. Определяем реакции в подшипниках в вертикальной плоскости. 1å mАу=0 -RBy·(a+b)+Fr·a- mа=0 RBy=(Fr·0, 042- mа)/ 0, 084=(3176·0, 042-11)/ 0, 084=1457, 04Н Принимаем RBy=1457Н 2å mВу=0 RАy·(a+b)-Fr·b- mа=0 RАy==(Fr·0, 042+ mа)/ 0, 084=(3176·0, 042+11)/ 0, 084=1718, 95Н Принимаем RАy=1719Н Проверка: å FКу=0 RАy- Fr+ RBy=1719-3176+1457=0 Назначаем характерные точки 1, 2, 2’, 3 и 4 и определяем в них изгибающие моменты: М1у=0; М2у= RАy·а; М2у=1719·0, 042=72, 2Нм; М2’у= М2у- mа(слева); М2’у=72, 2-11=61, 2Нм; М3у=0; М4у=0; Строим эпюру изгибающих моментов Му, Нм. Рассматриваем горизонтальную плоскость (ось х) 1å mАх=0; Fm·(a+b+с)-RВх·(a+b)- Ft·a=0; 5784·(0, 042+0, 042+0, 086)-RВх·(0, 042+0, 042)-8725·0, 042=0; RВх=(983, 3-366, 45)/0, 084; RВх=7343, 2Н RВх»7343Н 2å mВх=0; -RАх·(a+b)+Ft·b+Fм·с= 0; RАх=(366, 45+497, 4)/0, 084; RАх=10284, 2Н RАх»10284Н Проверка å mКх=0; -RАх+ Ft- Fm+RВх=-7343+8725-5784+10284=0 Назначаем характерные точки 1, 2, 2’, 3 и 4 и определяем в них изгибающие моменты: М1х=0; М2х= -RАх·а; М2х=-10284·0, 042=-432Нм; М3х=- Fm ·с; М3х=-5784·0, 086=-497Нм М4х=0; Строим эпюру изгибающих моментов Мх. Крутящий момент ТI-I=0; ТII-II=T1=Ft·d2/2; ТII-II=698Нм Определяем суммарные изгибающие моменты:
Определяем эквивалентные моменты:
Рис.10 Эпюры изгибающих и крутящих моментов ведомого вала
По рис.10 видно, что наиболее опасным является сечение С-С ведомого вала. Тепловой расчет редуктора
Цель теплового расчета – проверка температуры масла в редукторе, которая не должна превышать допускаемой [t]м=80…95º С. Температура воздуха вне корпуса редуктора обычно tв=20 º С. Температура масла tм в корпусе червячной передачи при непрерывной работе без искусственного охлаждения определяется по формуле [3]: (18.1) где ή - КПД редуктора, Кt =9…17 Вт/(м2град) – коэффициент теплопередачи, А – площадь теплоотдающей поверхности корпуса редуктор, м2 По [3, табл.11.6] исходя из межосевого расстояния 100мм определяем А=0, 24 Подставив данные в (18.1) получим:
º С£ [t]м Температура редуктора в норме.
Литература 1. С.А.Чернавский и др. «Курсовое проектирование деталей машин» М. 1987г. 2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. -8-е изд. перераб. и доп. Под ред. И.Н.Жестковой. – М.: Машиностроение, 1999 3. Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие. – М.: Высш. шк., 1991 4. Чернин И.М. и др. Расчеты деталей машин. – Мн.: Выш. школа, 1978 5. Иосилевич Г.Б., Строганов Г.Б., Маслов Г.С. Прикладная механика: Учеб. для вузов/Под ред. Г.Б.Иосилевича._М.: Высш.шк., 1989.-351с. Кафедра «Детали машин, ПТМ и М» Группа 302313 РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЧЕРВЯЧНОГО РЕДУКТОРА Пояснительная записка Разработал студент Д.И.Зеньков Консультант В.И.Шпиневский 2005 Содержание 1 Назначение и область применения привода 2 Выбор электродвигателя и кинематический расчет 3 Определение мощностей и передаваемых крутящих моментов валов 4 Расчет червячной передачи 5 Предварительный расчет диаметров валов 6 Подбор и проверочный расчет муфты 7 Предварительный выбор подшипников 8 Компоновочная схема 9 Выбор и проверочный расчет шпоночных соединений 10 Расчет валов по эквивалентному моменту 11 Расчет валов на выносливость (проверочный расчет) 12 Расчет подшипников на долговечность 13 Выбор системы и вида смазки 14 Расчет основных размеров корпуса редуктора 15 Порядок сборки и регулировки редуктора 16 Назначение квалитетов точности, шероховатости поверхности, отклонений формы и взаимного расположения поверхностей Литература |
Последнее изменение этой страницы: 2019-10-24; Просмотров: 239; Нарушение авторского права страницы