Проектирование деталей машин

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.

Назначение редуктора – понижение угловой скорости и соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим.

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 или устройства для охлаждения.

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.).

Конические редукторы применяют для передачи движения между валами, оси которых пересекаются обычно под углом 90. Передачи с углами, отличными от 90 , встречаются редко.

Наиболее распространённый тип конического редуктора – редуктор с вертикально расположенным тихоходным валом. Возможно исполнение редуктора с вертикально расположенным быстроходным валом; в этом случае привод осуществляется от фланцевого электродвигателя.

1. Расчетная часть

1.1 Кинематический и силовой расчёт привода. Выбор электродвигателя

Рисунок 1 – Привод тестомесильной машины

1. Электродвигатель

2. Клиноременная передача

3. Конический зубчатый редуктор

4. Упругая муфта МУВП

5. Камера

Исходные данные:

Принимаются следующие значения КПД

КПД клиноременной передачи

КПД конического редуктора

КПД пары подшипников

Общий КПД определяется по формуле:

Требуемая мощность электродвигателя определяется по формуле:

Принимаем кВт

По требуемой мощности и синхронной частоте вращения по ГОСТ 19523-81 подбирается необходимый электродвигатель.

Электродвигатель 4АМ80А4УЗ

Номинальная частота

1.2 Кинематический расчёт привода

Определяется общее передаточное число привода по формуле:

Производиться разбивка общего передаточного числа на частные составляющие. Принимается предварительно по ГОСТ 2185-66 передаточное число редуктора Передаточное число клиноременной передачи определяется по формуле:

Определяются частоты вращения валов привода по формулам:

Вал

Вал

Вал

Определяются угловые скорости валов привода по формулам:

Вал

Вал

Вал

1.3 Силовой расчёт привода

Определяются мощности на валах привода по формулам:

Вал

Вал

Вал

Определяются вращающие моменты на валах привода по формулам:

Вал

Вал

Вал

Все полученные силовые и кинетические параметры сводятся в таблицу 1.

Таблица 1 – силовые и кинематические параметры привода.

2. Расчёт клиноременной передачи

По номограмме, по частоте вращения ведущего шкива и передаваемой мощности принимается необходимое сечение ремня “А”.

Определяется диаметр ведущего шкива по формуле:

где – вращающий момент, Н мм

Из полученного интервала по ГОСТ 17383-73 подбирается необходимый диаметр ведущего шкива.

Принимаем

Определяется диаметр ведомого шкива по формуле:

где – коэффициент проскальзывания ремня

По ГОСТ 17383-73 подбираем необходимый диаметр ведомого шкива. Принимает

Уточняется передаточное число передачи по формуле

Определяется межосевое расстояние:

-минимальное межосевое расстояние.

где – высота сечения ремня

-максимальное межосевое расстояние.

-расчётное межосевое расстояние.

Принимаем

Определяется расчётная длина ремня по формуле:

По ГОСТ 1284.7-80 принимается длина ремня

Определяется угол обхвата ведущего шкива по формуле:

Определяется число ремней в передаче по формуле:

где – мощность передаваемая общим ремнём, кВт

– коэффициент длины ремня

– коэффициент угла обхвата

– коэффициент количества ремней

– коэффициент условия работы

Определяется ширина обода шкива по формуле

где e -канавка, мм

-канавка, мм

Все полученные параметры клиноременной передачи сводятся в таблицу 2.

Таблица 2 – параметры клиноременной передачи.

3. Расчёт конического прямозубого зубчатого редуктора

Исходные данные:

– Вращающий момент на колесе,

– Передаточное число,

– Угловая скорость колеса ведущего вала,

– Материал для изготовления шестерни и колеса, сталь 40Х

– Условия работы – период длительной эксплуатации с равномерной нагрузкой.

3.1 Расчёт зубчатых колёс редуктора

Расчёт допускаемых напряжений по таблице, для изготовления шестерни и колеса принимается сталь 40Х , термообработка – нормализация, предполагая, что диаметр заготовки шестерни не превысит 120 мм, средняя твёрдость шестерни

Предполагая, что диаметр заготовки колеса превысит 170 мм, (способ изготовления -поковка), средняя твёрдость колеса

При этом , что обеспечивает хорошую прирабатываемость зубьев в соответствии с рекомендацией.

Допускаемое контактное напряжение определяется по формуле:

где – предел контактной выносливости при базовом числе циклов

– коэффициент долговечности, при длительной работе зубчатых колёс по рекомендации принимается

– коэффициент безопасности для колёс из улучшенной стали. По таблице предел контактной выносливости для стали 40Х, улучшенной определяется:

Так как средняя твёрдость колеса меньше, то определяется контактное напряжение для колеса

редуктор вал привод клиноременный

Допускаемое напряжение изгиба определяется по формуле:

где – предел выносливости при изгибе определяется по таблице

для стали 40Х улучшенной

– коэффициент безопасности

– коэффициент, учитывающий нестабильность свойств материала по таблице

– для поковок

Допускаемые напряжения изгиба

– для шестерни

– для колеса

Определяется внешний делительный диаметр колеса по формуле:

где – для прямозубых передач

– коэффициент неравномерности нагрузки по длине зуба, принимается для прирабатывающихся зубьев.

– коэффициент ширины зубчатого венца по ГОСТ 12289-76

По ГОСТ 12289-76 принимается

Определяется число зубьев шестерни:

Принимается

Определяется число зубьев колеса:

3.2 Предварительный расчёт валов редуктора

Диаметр ведущего вала редуктора определяется по формуле:

Принимаем

Диаметр выходного вала редуктора

Принимаем

По ГОСТ предварительно окончательно диаметр вала будет уточнён после подбора муфты.

3.3 Конструктивные размеры шестерни и колеса

Шестерня

Длина посадочного участка

Колесо

Длина ступицы Принимаем

Толщина обода , Принимаем

Толщина диска Принимаем

3.4 Конструктивные размеры корпуса

Определяется толщина стенок корпуса и крышки

Принимаем

Принимаем

Определяется толщина фланцев корпуса и крышки

– верхнего пояса корпуса и пояса крышки:

-нижнего пояса корпуса

Принимаем

Определяются диаметры болтов

– фундаменты

Принимаем фундаментные болты -болтов, крепящих крышку к корпусу у подшипника

Принимаем болты с резьбой

-болтов соединяющих крышку с корпусом

Принимаем болты

3.5 Подбор муфты для привода

Исходные данные:

1) Вращающий момент на валу редуктора,

2) Тип муфты: кулачково-дисковая муфта

3) Диаметр конца ведомого вала редуктора

В соответствии с кинематической схемой привода по ГОСТ 20884-93 выбирается муфта кулачково-дисковая, типа 1 для посадки на цилиндрические концы валов, исполнение “1” на короткие концы валов.

Принимается вращающий момент передаваемой муфтой ,что больше вращающего момента на ведомом валу редуктора

Диаметр посадочного отверстия в обеих полумуфтах принимается, равным

Окончательно принимается диаметр ведомого вала редуктора . Условное обозначение муфты для передачи вращающего момента

,где обе полумуфты имеют отверстия

,типа 1 исполнения “1”, кинематического исполнения “У2”.

Муфта 10-1-18-1-У2 ГОСТ 20884-93

Принимается диаметр вала под подшипник,

Длина посадочной части для полумуфты,

В соответствии с ГОСТ 16162-93 на тихоходном ведомом валу редуктора может возникать консольная нагрузка величина, которой определяется по формуле:

3.6 Компоновка редуктора

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

Камеры подшипников отделяем от внутренней полости корпуса мазеудерживающими кольцами.

Устанавливаем возможность размещения одной проекции- разрез по осям валов- на листе формата А1(594х841 , мм).

Предпочтителен масштаб 1:1. Проводим посередине листа горизонтальную осевую линию- ось ведущего вала. Намечаем положение вертикальной линии- оси ведомого вала. Из точки пересечения проводим под углом осевые линии делительных конусов и откладываем на них отрезки .

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

Подшипники валов расположим в стенках.

Намечаем для валов роликоподшипники конические однорядные мелкой серии.

Таблица 3 – Параметры подшипников.

Наносим габаритные размеры подшипников ведущего вала. Наметив предварительно внутреннюю стенку корпуса на расстоянии х=10 мм от торца шестерни и отложив зазор между стенкой корпуса и торцом подшипника (для размещения мазе удерживающего кольца).

Размер от среднего диаметра шестерни до реакции подшипника

.

Принимаем

Принимаем размер между реакциями подшипников ведущего вала

Принимаем

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 (для размещения мазе удерживающего кольца).

Определяем замером размер А- от линии реакции подшипников до оси ведущего вала. Корпус редуктора выполним симметричным относительно оси ведущего вала и примем размер . Нанесём габариты подшипников ведомого вала.

Замером определяем расстояние ( следует обратить внимание на то, что ).

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

Реакция подшипника конического роликового смещается на величину “а” от торца подшипника, которая определяется по формуле:

3.7 Проверка прочности шпоночных соединений

Размеры сечения шпонок и пазов, а также длины шпонок принимается по ГОСТ 23360-78 материал, для изготовления шпонок принимается Сталь 45, нормализованная. Условия прочности шпоночного соединения определяется по формуле:

где Т – вращающий момент передаваемый валом;

– диаметр вала, мм;

– высота шпонки, мм;

– ширина шпонки, мм;

– длина шпонки, мм;

– глубина паза на валу, мм;

– допускаемое напряжение при смятие принимается для стальной ступицы 120МПа, для чугунной 60Мпа.

Ведущий вал редуктора.

Условия прочности шпоночного соединения на смятие обеспеченно.

Ведомый вал редуктора.

3.8 Посадка деталей редуктора

Посадки назначаем в соответствии с указаниями по таблице

Посадка зубчатого колеса на вал ГОСТ 25347-82

Посадка мазе удерживающих колец

Посадка внутреннего кольца подшипников качения К6

Посадка сальников

3.9 Выбор сорта масла

Смазывание зубчатого зацепления производится окунанием зубчатого колеса в масло, заливаемое внутрь корпуса до уровня, обеспечивающего погружение колеса примерно на 10 мм. Объём масленой ванны V определяется из расчёта 0,25 на 1 кВт передаваемой мощности:

где Р – мощность на ведущем валу редуктора

По таблице устанавливаем вязкость масла.

При контактных напряжениях и скорости , рекомендуемая вязкость масла должна быть примерно равна, .

По таблице принимаем масло И-30А

Камеры подшипников заполняем пластичным смазочным материалом УТ-1, периодически пополняем его шприцем через пресс-маслёнки.

3.10 Сборка редуктора

Перед сборкой внутреннюю полость корпуса редуктора тщательно очищаем и покрывают маслостойкой краской.

Сборку производят в соответствии со сборочным чертежом редуктора, начиная с узлом валов.

На ведущий вал насаживают мазе удерживающие кольца и шарикоподшипники, предварительно нагретые в масле до ;

В ведомый вал закладывают шпонку 8х7х32 и напрессовывают зубчатое колесо до упора в бурт вала;

Затем надевают распорную втулку, мазеудерживающие кольца и устанавливают шарикоподшипники, 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 на ведомый вал надевают распорное кольцо, в подшипниковые камеры закладывают пластичную смазку, ставят крышки подшипников с комплектом металлических прокладок для регулировки.

Перед поставкой сквозных крышек в проточки закладывают войлочные уплотнения, пропитанные горячим маслом. Проверяют проворачиванием валов отсутствие заклинивания подшипников (валы должны проворачиваться от руки) и закрепляют крышки винтами.

Затем ввёртывают пробку масло спускного отверстия с прокладкой и жезловый 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.

Таблица 4 – параметры редуктора.

Литература

1. “Курсовое проектирование деталей машин” – С.А. Чернавский, К.Н. БОКОВ, И.М. Черни. Издательство “Машиностроения” 1979г.

2. “Курсовое проектирование деталей машин” – А.Е. Шейнблит. Издание “Калининград” 1999г.