Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО РЕДУКТОРАСтр 1 из 15Следующая ⇒
В.П. Славненко С.В. Зверев РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО РЕДУКТОРА Кумертау 2016 Министерство образования и науки Российской Федерации Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Уфимский государственный авиационный технический университет» в г. Кумертау
В.П. Славненко, С.В. Зверев
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО РЕДУКТОРА Рекомендовано Ученым советом филиала федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Уфимский государственный авиационный технический университет» в г. Кумертау в качестве учебного пособия для студентов очной, очно-заочной и заочной форм обучения, обучающихся по программам высшего профессионального образования по направлению 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»
Кумертау 2016 УДК 621.83 ББК 34.7 С47
Рецензенты: ведущий инженер отдела главного механика УЭСП ООО «Газпром добыча Оренбург», д-р техн. наук Барышов С.Н.; доцент кафедры Э и ОП ФГБОУ ВПО ОГУ, канд. техн. наук, доцент Горбачев С.В.
Славненко В.П., Зверев С.В. С47 Расчет и проектирование двухступенчатого редуктора: учебное пособие/ филиал Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та. –Кумертау: УГАТУ, 2016. – 183 с. ISBN
В учебном пособии изложена методика расчета и конструирования узлов и деталей двухступенчатого зубчатого редуктора. Приведены необходимые нормативные материалы и выдержки из стандартов, образцы выполнения сборочных и рабочих чертежей деталей. Предназначено для студентов очной, очно-заочной и заочной форм обучения, обучающихся по направлению подготовки бакалавров 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»
Табл. 88. Ил. 86. Библиогр. 15 назв.
УДК 621.83 ББК 34.7
ISBN © Филиал ФГБОУ ВО «УГАТУ» в г. Кумертау, 2016 Содержание
Введение Целью курсового проекта по дисциплине «Детали машин и основы конструирования» является закрепление знаний по общепрофессиональным дисциплинам: начертательная геометрия, инженерная графика; материаловедение; сопротивление материалов; теория механизмов и машин и др. Курсовое проектирование по дисциплине «Детали машин и основы конструирования» способствует формированию следующих общекультурных и профессиональных компетенций: а) общекультурных (ОК): - способен к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения, культурой мышления (ОК-1); - способен к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-3); - способен использовать нормативно-правовые документы в своей деятельности (ОК-5); - способен к саморазвитию, повышению квалификации и мастерства (ОК-6); - способностью осознавать социальную значимость своей будущей профессии, высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности (ОК-8); - способен использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10); - способен применять основные методы, способы и средства получения, хранения, переработки информации, навыками работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-17); - способен работать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ОК-18); б) профессиональных (ПК): - способен участвовать в разработке проектов изделий машиностроения с учетом технологических, конструкторских, эксплуатационных, эстетических, экономических и управленческих параметров (ПК-8); - способен принимать участие в разработке средств технологического оснащения машиностроительных производств (ПК-9); - способен участвовать в разработке проектов модернизации действующих машиностроительных производств, создании новых (ПК-10); - способен использовать современные информационные технологии при проектировании машиностроительных изделий и производств (ПК-11); - способен разрабатывать проектную и рабочую техническую документацию машиностроительных производств, оформлять законченные проектно-конструкторские работы (ПК-14); - способен участвовать в мероприятиях по контролю соответствия разрабатываемых проектов и технической документации действующим стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам (ПК-15); - способен проводить предварительное технико-экономическое обоснование проектных расчетов (ПК-16). В процессе выполнения курсового проекта обучающемуся предстоит определить требуемые надежность и долговечность объекта проектирования. При этом должно быть уделено серьезное внимание технологичности конструкции, экономичности изготовления и эргономике. Курсовой проект представляет собой расчет и проектирование двухступенчатого зубчатого редуктора, работающего при постоянной или слабо-меняющейся нагрузке в приводе машин и агрегатов. Исходными данными для проектирования служат: 1 Схема редуктора (рисунок 1); 2 Вращающий момент на выходном валу, Н˖ м; 3 Частота вращения выходного вала n, об/мин.; 4 Режим нагрузки. 5 Срок эксплуатации, Lh, час.
Задание на курсовой проект Рассчитать и спроектировать двухступенчатый редуктор привода рабочей машины. Схема редуктора (рисунок 1) и исходные данные для проектирования (таблица 1) выбираются по последним цифрам зачетной книжки.
Рисунок 1 – Схемы редукторов Таблица 1 – Исходные данные для проектирования
Выбор электродвигателя Двигатель является одним из основных элементов машинного агрегата. От типа двигателя, его мощности, частоты вращения и прочего зависят конструктивные и эксплуатационные характеристики рабочей машины и ее привода. Для проектируемых машинных агрегатов рекомендуются трехфазные асинхронные короткозамкнутые двигатели серии 4А. Эти двигатели наиболее универсальны. Закрытое и обдуваемое исполнение позволяет применить эти двигатели для работы в загрязненных условиях, в открытых помещениях и т. п. Двигатели серии 4А применяют для приводов механизмов, имеющих постоянную или мало меняющуюся нагрузку при длительном режиме работы и большую пусковую нагрузку, вследствие повышенной силы трения и больших инерционных масс, например конвейеров, шнеков, смесителей, грузоподъемников и т.п. Эти двигатели работают при любом направлении вращения, обеспечивая при необходимости реверсивность машинного агрегата. При курсовом проектировании предусмотрено применение двигателей серии 4А с диапазоном мощностей от 0, 25 до 7, 5 кВт (таблица 2). Технические данные этих двигателей приводятся в таблице 3.
Таблица 2 – Диапазон мощностей трехфазных асинхронных двигателей серии 4А, кВт
Таблица 3 – Двигатели асинхронные короткозамкнутые трехфазные серии 4А общепромышленного применения: закрытые, обдуваемые. Технические данные
Мощность электродвигателя зависит от требуемой мощности на выходном валу редуктора, а его частота вращения – от частоты вращения выходного вала:
,
где РДВ – потребная мощность электродвигателя, кВт; РВых – мощность на выходном (тихоходном) валу редуктора, кВт; – к.п.д. редуктора. где - КПД быстроходной ступени - КПД тихоходной ступени . – КПД подшипников качения. - КПД муфты Количество пар подшипников уточнить по кинематической схеме заданного редуктора. Значения КПД зубчатых передач, муфт и подшипников выбрать из таблицы 4.
Таблица 4 – Значения КПД механических передач без учета потерь в подшипниках
Подобрать двигатель с номинальной мощностью РНОМ по величине большей, но ближайшей к требуемой мощности РДВ, и номинальной частотой вращения nНОМ.
Каждому значению номинальной мощности РНОМ соответствует в большинстве не одно, а несколько типов двигателей с различными частотами вращения, синхронными 3000, 1500, 1000, 750 об/мин. Выбор оптимального типа двигателя зависит от типов передач, входящих в привод, кинематических характеристик рабочей машины (см. исходные данные), и производится после определения передаточного числа редуктора и его ступеней. При этом надо учесть, что двигатели с большой частотой вращения (синхронной 3000 об/мин) имеют низкий рабочий ресурс, а двигатели с низкими частотами (синхронными 750 об/мин) весьма металлоемки, поэтому их нежелательно применять без особой необходимости в приводах общего назначения малой мощности. Материалы для валов Для изготовления валов используют углеродистые стали марок 20, 30, 40, 45, 50, легированные стали марок 20Х, 40Х, 40ХН, 12Х2Н4А, 40ХН2МА и др., высокопрочные модифицированные чугуны, титановые сплавы ВТЗ-1, ВТ-6, ВТ-9. Характеристики некоторых материалов приведены в приложении 1П. Выбор материала, термической и термохимической обработки определяется конструкцией вала и опор, условиями эксплуатации. Так, например, быстроходные валы, вращающиеся в подшипниках скольжения, требуют высокой твердости цапф, поэтому такие валы изготавливают из цементируемых сталей 12Х2Н4А, 18ХГТ или азотируемых сталей 38Х2МЮА и др. Валы-шестерни по этой причине изготавливают из цементируемых сталей 12ХН3А, 12Х2Н4А и др. Валы под насадные зубчатые колеса в редукторах выполняют из улучшенной стали 45 (255–285НВ) и стали 40Х (269–302НВ). Участки валов, контактирующие с уплотнительными манжетами, должны иметь твердость поверхности не менее 30HRC. Длинные полые валы иногда изготавливают (намоткой) из композиционных материалов. Для ответственных тяжело нагруженных валов применяют легированные стали 40ХНМА, 25ХГТ и др. Для неответственных малонагруженных валов используют углеродистые стали без термообработки. В приборостроении применяют сплавы цветных металлов. Валы без термообработки изготавливают из сталей 35, 40, ст 5, ст 6, 40Х, 40ХН, 30ХН3А, с термообработкой – из сталей 45, 50.
Конструирование редуктора Конструирование валов Конструкция ступеней валов зависит от типа и размеров установленных на них деталей (зубчатых и червячных колес, подшипников, муфт, звездочек, шкивов) и способов закрепления этих деталей в окружном и осевом направлениях. При разработке конструкции вала принимают во внимание технологию сборки и разборки передач, механическую обработку, усталостную прочность и расход материала при изготовлении. Способы осевого фиксирования колес, элементов открытых передач, муфт и подшипников рассмотрены в соответствующих разделах проектирования валов. Окружное закрепление колес, элементов открытых передач муфт и подшипников осуществляется посадками, шпоночными соединениями и соединениями с натягом. Ниже приводятся рекомендации по конструированию посадочных поверхностей ступеней валов, соединенных между собой переходными участками (рисунки 27 - 30). 8.2.1 Переходные участки Переходный участок вала между двумя смежными ступенями разных диаметров выполняют: а) галтелью радиуса r (галтель—поверхность плавного перехода от меньшего сечения к большему), снижающей концентрацию напряжений в местах перехода (таблица 57); б) канавкой ширины b со скруглением для выхода шлифовального круга, которая повышает концентрацию напряжений на переходных участках (таблица 58).
Таблица 56 – Галтели
Таблица 57 – Канавки
Рисунок 27 – Конструкция вала-шестерни цилиндрической: а – df1; б – df1 > d3; в – df1 < d3; da1 = d3; г – da1 < d3
Рисунок 28 – Конструкции вала-шестерни конической: а – dfe1 > d3; б - dfe1 < d3; в - dfe1 = d3.
Рисунок 29 – Конструкции вала червячного: а – df1 > d3; б - df1 = d3; в – da1 < d3; df1 < d3.
Рисунок 30 – Конструкции промежуточного и тихоходного валов с зубчатым колесом.
Если между подшипником и колесом или муфтой устанавливают распорную втулку, то переходный участок между ступенями выполняют галтелью. При этом между буртиком вала и торцом втулки должен быть предусмотрен зазор С = 1...2 мм (см. рисунок 30). Для повышения технологичности конструкции радиусы галтелей r, размеры фасок на концевых ступенях с (таблицы 58, 59, 60), ширину канавок b для выхода инструмента на одном валу принимают одинаковыми. 8.2.2 Посадочные поверхности Основные размеры ступеней быстроходного, промежуточного и тихоходного валов определены при предварительном проектном расчете. Конструируя валы, размеры посадочных поверхностей ступеней d и l уточняют и определяют в зависимости от конструкции и размеров деталей, установленных на ступенях, с учетом их расположения относительно опор, а затем принимают по стандартному ряду ГОСТ 6636-69.
Таблица 59 – Концы валов цилиндрические
Таблица 60 – Концы валов конические
Выходной конец вала может быть цилиндрическим или коническим. Посадки деталей на конус обладают рядом достоинств: легкость сборки и разборки, высокая точность базирования, возможность создания любого натяга. В проектируемых редукторах в равной мере применяют цилиндрические и конические концы валов. Диаметр 1 -й ступени d1 (рисунки 27, 28, 29, 30, 31,, 32) рассчитан в разделе 6.3. Если диаметр 2-й ступени изменился (увеличился) в связи с проверкой пригодности подшипника, то нужно пересчитать диаметр 1-й ступени: d1=d2—2t. Здесь t ≥ 2f— высота буртика, где f— конструктивный размер фаски, который принимают в соответствии с радиусом галтели r по таблице 57 (в таблице 55 приведены стандартные размеры фасок). Длина ступени l1 (таблицы 59, 60) определяется по осевым размерам посадочного места полумуфты. Возможна установка и демонтаж подшипника на 2-й ступени без снятия шпонки (рисунок 31). Для этого нужно диаметр d1 (dСР) определить в зависимости от диаметра d2, равного диаметру d внутреннего кольца подшипника: d1 = d2 – 2, 2(h-t1) - для цилиндрических концов вала, dСР = d2 -2, 2(h-t1) - для конических концов, где h — высота шпонки; t1 - глубина посадки шпонки в паз вала (см. таблицу 61).
Таблица 61 – Шпоночные соединения с призматическими шпонками (ГОСТ 23360-78)
Рисунок 31 – Конструирование консольного участка вала
Выполнение этого условия приводит к значительной разности диаметров d1 и d2. В тех случаях, когда расстояние l больше ширины внутреннего кольца подшипника В (рисунок 32), разность диаметров d1 и d2 можно уменьшить за счет обвода шпонки при установке подшипника. Диаметр выходного конца быстроходного вала d1, соединенного с двигателем через муфту, не должен отличаться от диаметра вала ротора двигателя больше чем на 20%. При выполнении этого условия соединение валов осуществляется стандартной муфтой. Если осевая фиксация деталей, установленных на 1-ю ступень, осуществляется шестигранной или круглой гайкой с многолапчатой шайбой, то для выхода инструмента при нарезании резьбы выполняют канавки (таблица 62)Канавки делают также под язычок стопорной многолапчатой шайбы (таблица 63). Для облегчения монтажа насаживаемых деталей на торце 1-й ступени выполняют фаску с.
Рисунок 32 -Монтаж подшипника без снятия шпонки
Таблица 62 – Канавки для выхода резьбонарезного инструмента
Диаметр второй ступенипринимается равным диаметру d внутреннего кольца подшипника, окончательно выбранного в разделе 7. Длина ступениопределена в разделе 6 и должна быть достаточной, чтобы обеспечить упор в её торец ступицы муфты. Диаметр третьей ступени d3=d2-3, 2r, где r - координата фаски внутреннего кольца подшипника. Длина ступени может быть выполнена больше длины ступицы колеса lCT, и тогда распорная втулка между торцом внутреннего кольца подшипника и торцом ступицы колеса ставится на 3-ю ступень.
Таблица 63 – Канавка под язычок стопорной шайбы
Шпоночный паз на 3-й ступени располагают со стороны паза 1-й ступени. Ширину шпоночного паза b для удобства обработки следует принять одинаковой для 1-й и 3-й ступеней исходя из меньшего диаметра. Для вала-шестерни цилиндрической и червячного вала (см. рисунки 27, 28). Цилиндрическая шестерня и нарезная часть червячного вала находятся на 3-й ступени. На чертежах таких валов изображают выход резьбы (см. рисунки 27, б—г; 29, в). Величина выхода lФ зависит от модуля зацепления т и внешнего диаметра фрезы DФ (таблица 64) и определяется графически.
Таблица 64 – Внешний диаметр фрезы, мм
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-14; Просмотров: 422; Нарушение авторского права страницы