I. Выбор электродвигателя и кинематический расчет

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Содержание

Введение....................................................................................................... 2

I. Выбор электродвигателя и кинематический расчет............................... 3

II. Расчет зубчатых колес редуктора.......................................................... 5

III. Предварительные расчет валов редуктора...................................... 101

IV. Конструктивные размеры шестерни и колеса.................................... 12

V.Конструктивные размеры корпуса редуктора..................................... 13

VI. Первый этап компоновки редуктора.................................................. 14

VII. Проверка долговечности подшипника.............................................. 16

VIII. Расчёт и построение эпюр изгибающих моментов.......................... 21

IX. Второй этап компоновки редуктора.................................................. 25

X. Проверка прочности шпоночных соединений.................................... 26

XI. Уточнённый расчёт валов................................................................... 27

ХII. Вычерчивание редуктора................................................................ 322

ХIII. Посадки зубчатого колеса и подшипников................................... 333

ХVI. Выбор сорта масла......................................................................... 344

ХV. Сборка редуктора............................................................................ 355

Список литературы................................................................................. 366

Введение

Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины. Кинематическая схема привода может включать, помимо редуктора, открытые зубчатые передачи, цепные или ременные передачи. Указанные механизмы являются наиболее распространенной тематикой курсового проектирования.

Назначение редуктора — понижение угловой скорости и соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим. Механизмы для повышения угловой скорости, выполненные в виде отдельных агрегатов, называют ускорителями или мультипликаторами.

Редуктор состоит из корпуса (литого чугунного или сварного стального), в котором помещают элементы передачи — зубчатые колеса, валы, подшипники и т. д. В отдельных случаях в корпусе редуктора размещают также устройства для смазывания зацеплений и подшипников (например, внутри корпуса редуктора может быть помещен шестеренный масляный насос) или устройства для охлаждения (например, змеевик с охлаждающей водой в корпусе червячного редуктора).

Редуктор проектируют либо для привода определенной машины, либо по заданной нагрузке (моменту на выходном валу) и передаточному числу без указания конкретного назначения. Редукторы классифицируют по следующим основным признакам: типу передачи (зубчатые, червячные или зубчато-червячные); числу ступеней (одноступенчатые, двухступенчатые и т. д.); типу зубчатых колес (цилиндрические, конические, коническо-цилиндрические и т. д.); относительному расположению валов редуктора в пространстве (горизонтальные, вертикальные); особенностям кинематической схемы (развернутая, соосная, с раздвоенной ступенью и т. д.).

В настоящем задании мы рассмотрим проектирование горизонтального конического редуктора.

III. Предварительный расчет валов редуктора.

Предварительный расчет проведем на кручение по пониженным допускаемым напряжениям.

Крутящие моменты в поперечных сечениях валов:

T_k₁=T₁=32.8· 10³ Нּ мм

T_k₂=T₁u=92.17· 10³ Нּ мм.

Ведущий вал:

Диаметр выходного конца вала при допускаемом напряжении

[τ _k] = 25МПа по формуле (стр.161):

d_B₁ = = 18.7 (мм).

Так как вал редуктора соединен муфтой с валом электродвигателя, то необходимо согласовать диаметры ротора d_дв и вала d_В1. У подобранного электродвигателя диаметр вала 28 мм. Примем d_B₁= 22 мм (стр.162).

Диаметр под подшипниками примем d_п1=30 мм; диаметр под шестернёй d_k₁=20 мм.

Ведомый вал:

Диаметр выходного конца вала d_В2 определяем при меньшем значении [τ _k]=20 МПа.

d_B₂ = = 28.17 мм.

Принимаем [стр.162] d_В2= 28мм. Диаметр вала под подшипниками принимаем d_п2= 35 мм, под зубчатым колесом d_к2 = 40 мм.

IV. Конструктивные размеры шестерни и колеса.

Шестерня:

Сравнительно не большие размеры шестерни по отношению к диаметру вала позволяют не выделять ступицу.

Длина посадочного участка вала (назовём по аналогии l_ст )

; примем l_ст=35 мм.

Колесо:

Коническое зубчатое колесо кованное (таблица 10, 1 стр. 233). Его размеры: d_ae₂ = 202.5 мм; b₂= 31 мм.

Диаметр ступицы d_ст = 1, 6· d_k₂ = 1, 6· 40 = 65 мм; длина ступицы l_ст = (1, 2 1, 5)· d_k₂ =(1, 2 1, 5)· 35 = 48 60 мм; принимаем l_ст= 50 мм.

Толщина обода δ _о = (3 4)· m = (3 4)· 4=12 16 мм; принимаем δ _о= 12 мм.

Толщина диска С = (0.1 0.17)ּ R_e = (0.1 0.17)ּ 107 = 10.7 18, 19 мм; принимаем С=15 мм.

V. Конструктивные размеры корпуса редуктора.

Толщина стенок корпуса и крышки:

δ = 0.05· R_e + 1 = 0.05· 107 + 1 = 6.35 мм;

принимаем δ = 7 мм;

δ ₁ = 0.04· R_e + 1 = 0.04· 107 + 1 = 5.28 мм;

принимаем δ ₁ = 6 мм.

Толщина фланцев (поясов) корпуса и крышки:

верхнего пояса корпуса и крышки:

b = 1, 5· δ = 1.5· 7 = 11 мм;

b₁ = 1, 5· δ ₁ = 1.5· 6 = 9 мм;

нижнего пояса корпуса:

p = 2.35· δ = 2.35· 7 = 16.45 мм;

принимаем p = 17 мм.

Диаметр болтов:

фундаментных:

d₁ = 0.055ּ R_e + 12 =0.055· 107+ 12 =18 мм;

принимаем фундаментные болты с резьбой M20;

болтов крепящих крышку к корпусу у подшипников:

d₂ = (0, 7 0, 75)· d₁= (0, 7 0, 75)· 18 = 12, 6 13.5 мм;

принимаем болты с резьбой М16;

соединяющих крышку с корпусом:

d₃ = (0, 5 0, 6)· d₁= (0, 5 0, 6)· 18 = 9 11 мм;

принимаем болты с резьбой М10.

VI. Первый этап компоновки редуктора

Компоновочный чертеж выполняем в одной проекции — разрез по осям валов при снятой крышке редуктора.

Выбираем способ смазывания: зацепление зубчатой пары - окунанием зубчатого колеса в масло; для подшипников пластичный смазочный материал. Раздельное смазывание принято потому, что один из подшипников ведущего вала удален, и это затрудняет попадание масляных брызг. Кроме того, раздельная смазка предохраняет подшипники от попадания вместе с маслом частиц металла.

Камеры подшипников отделяем от внутренней полости корпуса мазеудерживающими кольцами.

Проводим посередине листа горизонтальную осевую линию - ось ведущего вала. Намечаем положение вертикальной линии - оси ведомого вала. Из точки пересечения проводим под углом δ ₁ = 19°36' осевые линии делительных конусов и откладываем на них отрезки R_e = 107 мм.

Конструктивно оформляем по найденным выше размерам шестерню и колесо. Вычерчиваем их в зацеплении. Ступицу колеса выполняем несимметричной относительно диска, чтобы уменьшить расстояние между опорами ведомого вала.

Подшипники валов расположим в стаканах.

Намечаем для валов роликоподшипники конические однорядные особолегкой серии (таблица П7):

Условное обозначение подшипника d D T С С₀ e

мм КН

32.0 0.27

27.0 19.9 0.24

Наносим габариты подшипников ведущего вала, наметив предварительно внутреннюю стенку корпуса на расстоянии х = 8 мм от торца шестерни и отложив зазор между стенкой корпуса и торцом подшипника у= 10 мм (для размещения мазеудерживающего кольца).

При установке радиально-упорных подшипников необходимо учитывать, что радиальные реакции считают приложенными к валу в точках пересечения нормалей, проведенных к серединам контактных площадок (таблица 9.21). Для однорядных конических роликоподшипников по формуле ( 9.11 )

a₂=13.5 мм.

Размер от среднего диаметра шестерни до реакции подшипника f₁=53 мм.

Принимаем размер между реакциями подшипников ведущего вала

Примем C₁ = 100 мм.

Размещаем подшипники ведомого вала, наметив предварительно внутреннюю стенку корпуса на расстоянии х = 10 мм от торца ступицы колеса и отложив зазор между стенкой корпуса и торцом подшипника у₂ = 20 мм (для размещения мазеудерживающего кольца).

Определяем замером размер А - от линии реакции подшипника до оси ведущего вала. Корпус редуктора выполним симметричным относительно оси ведущего вала и примем размер А' = А = 80 мм. Нанесем габариты подшипников ведомого вала.

Замером определяем расстояния f₂ = 49 мм и с₂ = 111 мм.

Очерчиваем контур внутренней стенки корпуса, отложив зазор между стенкой и зубьями колеса, равный 1, 5x, т. е. 15 мм.

VII. Проверка долговечности подшипника

Ведущий вал:

Силы, действующие в зацеплении:

F_t= 1081 H;

F_r1= F_a2= 371 H;

F_a1= F_r1=130 H.

Первый этап компоновки дал

f₁= 53 мм;

c₁= 100 мм.

Реакции опор:

в плоскости xz

Проверка: R_x₂- R_x₁+ F_t = 572.93 – 1653.93 + 1081 = 0.

в плоскости yz

Проверка: R_y₂- R_y₁+ F_r = 157.2 – 528.2 + 371 = 0 H.

Суммарные реакции:

(Н),

Осевые составляющие радиальных реакций конических подшипников по формуле (9.9 стр. 216):

Осевые нагрузки подшипников (таблица 9.21), в нашем случае S₁> S₂; F_a> 0; тогда P_a₁=S₁=346 H; P_a₂ = S₁ + F_a = 346 + 130 = 476 H.

Найдём требуемую долговечность подшипников

L_треб=число лет x число раб. дней в году x кол-во часов в смене x число смен

L_треб=8ּ 365ּ 8ּ 3=70080 часов

Рассмотрим левый подшипник.

Отношение , поэтому следует учитывать осевую нагрузку.

Эквивалентная нагрузка по формуле 9.3 (стр. 212):

;

При вращении внутреннего кольцаV=1; K_m=1 (по таблице 9.20 стр. 214); коэффициент безопасности K_б=1, 35; K_m=1 (по таблице 9.20 стр. 214); для конических подшипников при коэффициент X=0.4 и коэффициент Y=2.5 (по таблице 9, 18 и П7 приложения).

Эквивалентная нагрузка P_э2=(0.4ּ 594+2.2ּ 476)ּ 1.35 = 1741Н = 1, 741 кН.

Расчётная долговечность, млн. об. (стр.211)

(млн. об).

Расчётная долговечность, в часах (стр. 211)

(ч),

где n=949 об/мин. – частота вращения ведущего вала.

Рассмотрим левый подшипник.

Отношение , поэтому при подсчёте эквивалентной нагрузки осевые силы не учитывают.

Эквивалентная нагрузка

Расчётная долговечность, млн. об. (стр.211)

(млн. об).

Расчётная долговечность, в часах

(ч),

Полученная долговечность более требуемой. Подшипники 2007107 приемлемы.

VIII. Расчёт и построение эпюр изгибающих моментов.

Ведущий вал:

Н· мм

c₁

Ведомый вал:

Н· мм

c₂

IX. Второй этап компоновки редуктора.

Второй этап компоновки имеет целью конструктивно оформить зубчатые колёса, валы, корпус, подшипниковые узлы и подготовить данные для проверки прочности валов и некоторых других деталей.

В развитие первой компоновки здесь вычерчивают валы с насаженными на них деталями; размеры мазеудерживающих колец, установочных, гаек и шайб, крышек и уплотнений определяют по таблицам гл. IX; размеры шпонок - по таблицам гл. VIII. Диаметры участков валов под зубчатые колеса, подшипники и пр. назначают в соответствии с результатами предварительного расчета и с учетом технологических требований на обработку и сборку.

Взаимное расположение подшипников фиксируем распорной втулкой и установочной гайкой с предохранительной шайбой.

Мазеудерживающие кольца устанавливают так, чтобы они выходили за торец стакана или стенки внутрь корпуса на 1 - 2 мм.

Подшипники размещаем в стакане. Для фиксации наружных колец подшипников от осевых перемещений у стакана сделан упор.

У второго подшипника наружное кольцо фиксируем торцовым выступом крышки подшипника через распорное кольцо.

Для облегчения посадки на вал подшипника, прилегающего к шестерне, диаметр вала уменьшаем на 0, 5 - 1 мм на длине, несколько меньшей длины распорной втулки.

Очерчиваем всю внутреннюю стенку корпуса, сохраняя величины зазоров, принятых в первом этапе компоновки: х = 10 мм, у₂ = 20 мм и др.

Используя расстояния с₁ и с₂, вычерчиваем подшипники.

Для фиксации зубчатое колесо упирается с одной стороны в утолщение вала, а с другой - в мазеудерживающее кольцо.

Наносим толщину стенки корпуса δ =7 мм и определяем размеры основных элементов корпуса.

Компоновка выполнена на листе миллиметровки формата А4, и прилагается в виде приложения.

X. Проверка прочности шпоночных соединений.

Шпонки призматические со скругленными торцами. Размеры сечений шпонок и пазов и длины шпонок – по ГОСТ 23360-78 (стр.169). Материал шпонок – сталь 45 нормализованная.

Напряжения смятия и условие прочности по формуле (стр.171)

Допускаемые напряжения смятия при стальной ступице МПа, при чугунной МПа.

Ведущий вал:

Допуски и посадки

ХVI. Выбор сорта масла.

Смазывание зубчатого зацепления производится окунанием зубчатого колеса в масло, заливаемое внутрь корпуса до погружения колеса на всю длину зуба.

По таблице 10.8 устанавливаем вязкость масла. При контактных напряжениях 426 МПа и скорости v=3, 01 рекомендуемая вязкость масла должна быть примерно равна . По (табл. 10.10) принимаем масло индустриальное И – 30А (по ГОСТ 20799 – 75*).

Камеры подшипников заполняем пластичным смазочным материалом УТ-1 (табл. 9.14) ГОСТ 1957-73.

ХV. Сборка редуктора.

Перед сборкой внутреннюю полость корпуса редуктора тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской. Сборку производят в соответствии со сборочным чертёжом редуктора, начиная с узлов валов:

на ведущий вал насаживают мазеудерживающие кольца, подшипники, предварительно нагретые в масле до 80 - С;

в ведомый вал закладывают шпонку и напрессовывают зубчатое колесо до упора в бурт вала; затем надевают распорную втулку, мазеудерживающие кольца и устанавливают подшипники, 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 в подшипниковые камеры закладывают пластичную смазку; ставят крышки подшипников с комплектом прокладок для регулировки.

Проверяют проворачиванием валов отсутствие заклинивания подшипников (валы должны проворачиваться от руки) и закрепляют крышки винтами.

Далее ввёртывают пробку маслоспускного отверстия с прокладкой и жезловой 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.

Для нормальной работы подшипников следует следить за тем, чтобы, с одной стороны, вращение подвижных элементов подшипников проходило легко и свободно и, с другой стороны, чтобы в подшипниках не было излишне больших зазоров. Соблюдение этих требований, т. е. создание в подшипниках зазоров оптимальной величины, производится с помощью регулировки подшипников, для чего применяют наборы гонких металлических прокладок, устанавливаемых под фланцы крышек подшипников. Необходимая толщина набора прокладок может быть составлена из тонких металлических колец толщиной 0, 2; 0, 4; 0, 8 мм.

Для регулирования осевого положения конической шестерни обеспечивают возможность перемещения при сборке стакана, в котором обычно монтируют узел ведущего вала редуктора. Это перемещение также осуществляется с помощью набора металлических прокладок, которые устанавливают под фланцы стаканов. Поэтому посадка таких стаканов в корпус должна обеспечивать зазор или в крайнем случае небольшой натяг.

Список литературы

1. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие для учащихся машиностроительных специальностей техникумов/ С.А Чернавский, К.Н. Боков, И.М. Чернин и др. – 2-е изд., перераб. И доп. – М.: Машиностроение, 1988. – 416 с.

2. Допуски и посадки: Методические указания по курсовому проекту/ Сост. Ю.Е. Филатов. – Иваново, 1983.-32 с.

3. Методические указания по выполнению и оформлению курсового проекта по прокладной механике. Сост. А.Ю. Покровский. – Иваново, 1986.-32 с.