31
Содержание
- 1. Техническое задание
- 1.1 Кинематическая схема механизма
- 1.2. Определение общего КПД привода
- 1.3 Определение общего передаточного числа
- 1.4 Выбор материала и определение допускаемых напряжений быстроходной ступени
- 1.5 Проектный расчет закрытой цилиндрической передачи быстроходной ступени
- 1.6 Выбор материала и определение допускаемых напряжений тихоходной ступени
- 1.7 Расчет коэффициентов нагрузки
- 1.8 Проектный расчет закрытой цилиндрической передачи тихоходной ступени
- 1.9 Расчет звёздочки тяговой цепи
- 1.10 Проверочный расчет тихоходного вала (наиболее нагруженного) на усталостную прочность и выносливость
- 1.11 Выбор муфт
- 1.12 Смазка зубчатых зацеплений и подшипников
- 1.13 Сборка редуктора
- Список используемой литературы
1. Техническое задание
1.1 Кинематическая схема механизма
1.2. Определение общего КПД привода
Мощность необходимую для электродвигателя при постоянной нагрузке определяем по формуле:
Рпр = (Ft * V) / (nобщ *103),
где
Ft — 10000Н — окружное усилие,
V — 0.65м/с — скорость цепи,
nобщ — ообщий КПД привода.
Применим следующую формулу для определения общего КПД привода цепного транспортера:
nобщ=nм1*nб*nт *nм2=0,98*0,98*0,98*0,98=0,91, где
nм1=0,98 — КПД муфты 1
nб=0,98 — КПД быстроходной ступени
nтих=0,98 — КПД тихоходной ступени
nм2=0,98 — КПД муфты 2
4. Выбор электродвигателя
Значение используемых коэффициентов полезного действия найдем с помощью [1] табл.1.2
P’эл. дв = (10000*0.65) / (103 *0.91) = 7.1 кВт.
Воспользуемся [1], где по таблице 1.1 выбираем электродвигатель, который имеет наиболее близкие параметры по частоте вращения ротора nэл. дв=1000 об/мин и необходимой мощности
P’эл. дв=7,1кВт
Выбираем электродвигатель марки АИР160S8, для которого из этой таблицы выписываем технические характеристики: nэл. дв=727 мин —1, Рэл. дв=7.5 кВт.
Рассчитаем частоту вращения приводного вала ведущей звездочки цепной передачи, а так же значение диаметра звездочки по формулам:
nвых = (6*104 *V) / (p*z) = (6*104 *0.65) /3.14* (125*9) =34 мин — 1, где
V — 0.65м/с — скорость цепи
p — шаг звездочки
z — число зубьев звездочки
Мощность привода цепного конвейера:
Рпр = (Ft * V) /*103=10000*0.65/1000=6,5 кВт, где
Ft — 10000 Н — окружное усилие на звездочке
V — 0.65м/с — скорость цепи
1.3 Определение общего передаточного числа
Выбираем U=21,12
Uт=4,4
Uб=21,12/4,4=4,8
Определение мощности, частоты вращения и момента для каждого вала.
Таблица 1.
Р |
n |
Т |
|
Р1=P’эл. дв. *nм1=7.5*0,98= 7,35 кВт |
n1=nэл. дв. =727 мин —1 |
Т1=9550*Р1/n1= 9550*7.35/727=95,5 Нм |
|
Р2=Р1*nбыстр=7,35*0,98= =7,2 кВт |
n2=n1/Uбыстр=727/4,8= =151 мин — 1 |
Т2=9550*Р2/n2= 9550*7,2/151=477,5 Нм |
|
Р3=Р2*nпр=7,2*0,98= =7,05 кВт |
n3=n2/Uпр=151/4,4= =34 мин — 1 |
Т3=9550*Р3/n3=9550*7,05/34=1980 Нм |
|
Р4=Р3*nт=7,05*0,98=6,91 |
n4= n3 =34 мин — 1 |
Т4=9550*Р4/n4=9550*6,91/34=1940 Нм |
1.4 Выбор материала и определение допускаемых напряжений быстроходной ступени
Таблица 2.
Колесо Z2 |
Шестерня Z1 |
|
Сталь 40Х улучшение НВ2=269…302 НВ2ср=285 у T = 750 МПа |
Сталь 40ХН улучшение, закалка зубьев ТВЧ НRC=48…53 НRC1ср=50,5 у T = 750 МПа |
Определяем коэффициенты приведения. Реакцию с периодической нагрузкой заменяем на постоянный, эквивалентный по усталостному воздействию, используя коэффициент приведения КЕ.
КНЕ — коэффициент приведения для расчета на контактную прочность
КFЕ — коэффициент приведения для расчета на изгибающую прочность
КНЕ2=0,25 КFЕ2=0,14 |
КНЕ1=0,25 КFЕ1=0,1 |
Число циклов перемены напряжений.
NG — число циклов перемены напряжений, соответствующее длительному пределу выносливости.
NHG — число циклов перемены напряжений, для расчета на контактную выносливость.
(определяем по рис.4.3 [1])
NFG — число циклов перемены напряжений для расчета передачи на изгибную выносливость (принимаем независимо от твердости материала рабочих поверхностей зубьев)
NHG2=20*106 NFG2=4*106 |
NHG1=100*106 NFG1=4*106 |
Суммарное время работы передачи
t?=24000 ч.
Суммарное число циклов нагружения.
N?2= =60t?*n2*nз2=60*24000*151=217,4*106 t? — суммарное время работы передачи n2 — частота вращения колеса nз2 — число вхождений в зацепление зубьев колеса за 1 оборот |
N?1=N?2*U*nз1/nз2= =217,4*106*4,8=1043,7*106 N?2 — суммарное число циклов нагружения колеса nз1 — число вхождений в зацепление зубьев шестерни за 1 оборот |
Эквивалентное число циклов перемены напряжения
А) контактная выносливость
NНЕ2=КНЕ2*N?2= =0,25*217.4*106=54,4*106 |
NНЕ1=КНЕ1*N?1= 0,25*1044*106=261*106 |
Сравним полученные значения NНЕ с табличным значением NНG:
NНЕ2=54,4*106>NHG2=20*106 Принимаем NHЕ=NHG2=20*106 |
NНЕ1=261*106>NHG1=100*106 Принимаем NHЕ1=NHG1=100*106 |
Б) изгибная выносливость
NFЕ2=КFЕ2*N?2=0,14*217.4*106= =30.4*106 |
NFЕ2=КFЕ2*N?2=0,1*1044*106= =104,4*106 |
Сравним полученные значения NFЕ с табличным значением NFG:
NFЕ2=30,4*10>NFG2=4*106 |
NFЕ1=104,4*106> NFG1=4*106 Принимаем NFЕ2= NFЕ1=NFG1=4*106 |
Определение предельных допускаемых напряжений для расчетов на прочность.
[уН] max и [уF] max — предельные допускаемые напряжения
ут — предел текучести материала
[уН] max2=2,8* ут=2,8*750=2100 МПа [уF] max2=2,74*НВ2ср=2,74*285= 780Мпа |
[уН] max1=40HRCпов=40*50.5=2020 МПа [уF] max1=1430МПа |
Определение допускаемых напряжений для расчета на контактную выносливость.
[уН] = [у0] Н* (NHG/ NHE) 1/6< [уН] max, где
[у0] Н — длительный предел контактной выносливости
[уН] — допускаемое контактное напряжение при неограниченном ресурсе
[уН] max — предельное допускаемое контактное напряжение
[у0] Н2= (2*НВср+70) /SH [у0] Н1= (17*НRCпов) /SH
[у0] Н2= (2*285+70) /1.1=582 МПа SH2=1.1 [у] Н2=582 Мпа |
[у0] Н1= (17*50.5+200) /1.2=882 МПа SH2=1.2 [у] Н1=882 МПа |
Так как разница твёрдостей HB1ср-НВ2ср=220Мпа>=70Мпа и НВ2ср=285Мпа<350Мпа то:
уН= ([у] Н2+ [у] Н1) *0.45=659Мпа, уН=1.23 [у] Н2=716Мпа
За расчетное допускаемое напряжение принимаем меньшее из 2-х значений допускаемых напряжений
[у] Нрасч=659МПа.
Определение допускаемых напряжений для расчета на изгибную выносливость.
[у] F= [у0] F* (4*106/ NFЕ) 1/9< [у] Fmax, где [у0] F=у0F/SF
у0F — длительный предел контактной выносливости, SF — коэффициент безопасности, [у] F — допускаемое контактное напряжение, [у] Fmax — предельное допускаемое контактное напряжение.
у0F2=1,8*НВ2=1,8*248=513МПа SF2=1,75 [у0] F2=у0F2/SF2= =513/1,75=293МПа |
у0F1=550МПа SF1=1,75 [у0] F1=у0F1/SF1= =550/1,75=314МПа |
За расчетное допускаемое напряжение принимаем меньшее из 2-х значений допускаемых напряжений колес или шестерни.
[у] F2= (4*106/4*106) 1/6*293= =293 МПа< [у] Fmax=780Мпа |
[у] F1= (4*106/4*106) 1/6*314= =314 МПа< [у] Fmax=1430Мпа |
8. Расчет коэффициентов нагрузки.
Коэффициент нагрузки находим по формулам:
При расчете на контактную выносливость
КН=КНв*КНу
При расчете на изгибную выносливость
КF=КFв*КFх,
Где КНв и КFв — коэффициент концентрации нагрузки по ширине зубчатого венца, КНх и КFх — коэффициент динамической нагрузки.
Для прирабатывающейся цилиндрической косозубой (шевронной) передачи значение Кв определяется из выражения:
Кв= Кво (1-х) +х, где КНво = 1 и КFвo=1
Шa=0,25- коэффициент ширины зубчатого колеса передачи
U’ = 4,8- заданное передаточное число (+1) для внешнего зацепления.
Х=0,5 — коэффициент режима, учитывающий влияние режима работы передачи на приработку зубчатых колес.
КНв=КНво=1,КFв=КFвo=1.
Значение коэффициента динамичности нагрузки Кх выбираем по [1] таблице 5,6 и 5,7 в зависимости от окружной скорости, точности изготовления передачи и твердости рабочих поверхностей зубьев.
Для определения окружной скорости воспользуемся формулой:
V=n1/су* (T2/U2 * Шa) 1/3=727/1600* (477,5/0,4*0.25) 1/3=1,9м/с, где
n1=727 мин —1 — частота вращения быстроходного вала редуктора
су=1600 — коэффициент учитывающий влияние термообработки на свойства материала зубчатого колеса
T2 — критический момент
U — заданное передаточное число
Шa — коэффициент ширины зубчатого колеса передачи
Для вычисленной окружной скорости рекомендуется восьмая ступень точности, которую выбираем по [1] из таблицы 5,5
КНх=1,02 и КFх=1.06
КН=1*1.02=1.02
КF=1*1,06=1,06
1.5 Проектный расчет закрытой цилиндрической передачи быстроходной ступени
Основные размеры зубчатой передачи определяем из расчета на контактную выносливость.
Значение межосевого расстояния:
, где
8500 — коэффициент определяемый выражением ZM ZH ZУ0.7 (см. ГОСТ 21354-75 «Расчет на прочность»)
Т2 — номинальный крутящий момент на валу колеса
U’ — заданное передаточное число
КН — коэффициент нагрузки при расчете на контактную выносливость
КНб — коэффициент учитывающий распределение нагрузки между зубьями ([1] Рис.6,2);
[у] Н — допускаемое напряжение при расчете на контактную выносливость
Шa = 0,4 — коэффициент ширины зубчатых колес передачи
Полученное значение б’ округляем до значения a=140 мм из ряда Ra 40 по ГОСТ 6636-69
Рабочая ширина венца.
Рабочая ширина колеса:
b2= Шa*а=0,25*140=35 мм
Ширина шестерни:
b1=b2+3=38 мм
Модуль передачи.
, принимаем
Полученное значение модуля m’n=1.4 округляем до ближайшего большего значения m=1.5 по ГОСТ 9563-60
Суммарное число зубьев и угол наклона зубьев.
вmin=arcsin (4mn/b2) =arcsin (4*1.5/35) =9,55o
Z’У=Z2+Z1=2*a*cos вmin/mn= (2*140*cos9,55) /1,5=184,32
ZУ=184, Cosв= ZУ*mn/2a=184*1.5/2*140=0.9857
в=9,6>9,55=вmin
Число зубьев шестерни Z1 и колеса Z2.
Z’1=Z У/U’+1=184/4,8+1=30,345округляем до целого числа Z1=30
Z2= Z У — Z 1=184-30=154
Фактическое значение передаточного числа.
U= Z 2/ Z 1=154/30=5
Проверка зубьев колес на изгибную выносливость.
А) зуб колеса:
, где
Т2 — номинальный крутящий момент на валу колеса, KF=1,06 — коэффициент нагрузки при расчете на изгибную выносливость, KFб=0,91 — коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями ([1] Рис.6,2), YF2=3,61 — коэффициент формы зуба ([1] Рис.6,2)
Значение YF выбираем в зависимости от эквивалентного числа зубьев Zv.
Zv2=Z2/cos3в=154/cos39,6=160
Y в — коэффициент учитывающий наклон зуба, Y в = 1- (в/140) =1-0,072=0,931, b2 — рабочая ширина колеса, mn — модуль, а — межосевое расстояние, U — заданное передаточное число, [у] F2=293 МПа — допускаемое напряжение при расчете на изгибную выносливость
уF2= (477,5*103*1,06*3,61*0,931*0,91*5,8) / (35*1.5*140*4,8) =222< [у] F2=293Мпа
Б) зуб шестерни:
уF1= уF2*YF1/ YF2< [у] F1, где
уF2 =222 МПа — напряжение при расчете зубьев на изгибную выносливость
YF1=3,4- коэффициент, учитывающий форму зуба
[у] F1=314 МПа — допускаемое напряжение при расчете на изгибную выносливость
уF1=222*3,4/3,61=209МПа < [у] F1=314Мпа
Определение диаметров делительных окружностей d.
d1=mn/cos в*Z1=1,5/0,986*30=45,6 мм
d2=mn/cos в*Z2=1,5/0,986*154=234,4мм
Выполним проверку полученных диаметров.
d2+ d1=2а
45,6+234,4=2*140=250 — верно
Диаметры окружностей вершин и зубьев и впадин зубьев df и da:
dа1= d1+2 mn=45,6+1,5*2=48,6мм
dа2= d2+2 mn=237,4мм
df1= d1-2,5mn=45,6+2,5*1,5=41,85мм
df4= d2-2,5 mn=234,4-2,5*1,5=230,65мм
Проверка возможности обеспечения принятых механических характеристик при термической обработки заготовок.
Шестерни проверяем по значениям D, а колеса по S.
Наружный диаметр заготовки шестерни:
D=da1+6=54,6 мм < D=125 мм
Толщина сечения обода колеса:
S=8m=8*1,5=12 мм < S=80 мм, следовательно требуемые механические характеристики могут быть получены при термической обработки заготовки.
Силы действующие на валы зубчатых колес.
Окружная сила:
Ft=2T2*103/d2=2*477,5*1000/234,4=4074H
Радиальная сила:
FR= Ft*tgбn/cosв=4074*tg20o/cos9,6o=1482,5Н
Осевая сила: Fa= Fttgв=4074* tg9,6=684Н
1.6 Выбор материала и определение допускаемых напряжений тихоходной ступени
Таблица 4.
Колесо Z4 |
Шестерня Z3 |
|
Сталь 40Х улучшение НВ2=269…302 НВ2ср=285 у T = 750 МПа |
Сталь 40ХН улучшение, закалка зубьев ТВЧ НRC=48…53 НRC1ср=50,5 у T = 750 МПа |
Определяем коэффициенты приведения. Реакцию с периодической нагрузкой заменяем на постоянный, эквивалентный по усталостному воздействию, используя коэффициент приведения КЕ.
КНЕ — коэффициент приведения для расчета на контактную прочность
КFЕ — коэффициент приведения для расчета на изгибающую прочность
КНЕ2=0,25 КFЕ2=0,14 |
КНЕ1=0,25 КFЕ1=0,1 |
Число циклов перемены напряжений.
NG — число циклов перемены напряжений, соответствующее длительному пределу выносливости. NHG — число циклов перемены напряжений, для расчета на контактную выносливость. (определяем по рис.4.3 [1]). NFG — число циклов перемены напряжений для расчета передачи на изгибную выносливость (принимаем независимо от твердости материала рабочих поверхностей зубьев)
NHG2=20*106 NFG2=4*106 |
NHG1=100*106 NFG1=4*106 |
Суммарное время работы передачи t?=24000 ч.
Суммарное число циклов нагружения.
N?2= =60t?*n2*nз2=60*24000*34=49*106 t? — суммарное время работы передачи n2 — частота вращения колеса nз2 — число вхождений в зацепление зубьев колеса за 1 оборот |
N?1=N?2*U*nз1/nз2= =49*106*4,4=215,6*106 N?2 — суммарное число циклов нагружения колеса nз1 — число вхождений в зацепление зубьев шестерни за 1 оборот |
Эквивалентное число циклов перемены напряжения
А) контактная выносливость
NНЕ2=КНЕ2*N?2= =0,25*49*106=12,25*106 |
NНЕ1=КНЕ1*N?1= 0,25*215,6*106=54*106 |
Сравним полученные значения NНЕ с табличным значением NНG:
NНЕ2=12,25*106<NHG2=20*106 Принимаем NHЕ=12,25*106 |
NНЕ1=54*106<NHG1=100*106 Принимаем NHЕ1=54*106 |
Б) изгибная выносливость
NFЕ2=КFЕ2*N?2=0,14*49*106= =6.86*106 |
NFЕ2=КFЕ2*N?2=0,1*215,6*106= =21,56*106 |
Сравним полученные значения NFЕ с табличным значением NFG:
NFЕ2=6,86*10>NFG2=4*106 |
NFЕ1=21,56*106> NFG1=4*106 Принимаем NFЕ2= NFЕ1=NFG1=4*106 |
Определение предельных допускаемых напряжений для расчетов на прочность.
[уН] max и [уF] max — предельные допускаемые напряжения
ут — предел текучести материала
[уН] max2=2,8* ут=2,8*750=2100 МПа [уF] max2=2,74*НВ2ср=2,74*285= 780Мпа |
[уН] max1=40HRCпов=40*50.5=2020 МПа [уF] max1=1430МПа |
Определение допускаемых напряжений для расчета на контактную выносливость.
[уН] = [у0] Н* (NHG/ NHE) 1/6< [уН] max, где
[у0] Н — длительный предел контактной выносливости
[уН] — допускаемое контактное напряжение при неограниченном ресурсе
[уН] max — предельное допускаемое контактное напряжение
[у0] Н2= (2*НВср+70) /SH [у0] Н1= (17*НRCпов) /SH
[у0] Н2= (2*285+70) /1.1=582 МПа SH2=1.1 [у] Н2=582* (20*106/12,25*106) 1/6= =640 МПа |
[у0] Н1= (17*50.5+200) /1.2=882 МПа SH2=1.2 [у] Н1=882* (100*106/54*106) 1/6= =979 МПа |
Так как разница твёрдостей HB1ср-НВ2ср=220Мпа>=70Мпа и НВ2ср=285Мпа<350Мпа то:
уН= ([у] Н2+ [у] Н1) *0.45=729Мпа
уН=1.23 [у] Н2=787Мпа
За расчетное допускаемое напряжение принимаем меньшее из 2-х значений допускаемых напряжений [у] Нрасч=729МПа.
Определение допускаемых напряжений для расчета на изгибную выносливость.
[у] F= [у0] F* (4*106/ NFЕ) 1/9< [у] Fmax, где
[у0] F=у0F/SF
у0F — длительный предел контактной выносливости
SF — коэффициент безопасности
[у] F — допускаемое контактное напряжение
[у] Fmax — предельное допускаемое контактное напряжение
у0F2=1,8*НВ2=1,8*248=513МПа SF2=1,75 [у0] F2=у0F2/SF2= =513/1,75=293МПа |
у0F1=550МПа SF1=1,75 [у0] F1=у0F1/SF1= =550/1,75=314МПа |
За расчетное допускаемое напряжение принимаем меньшее из 2-х значений допускаемых напряжений колес или шестерни.
[у] F2= (4*106/4*106) 1/6*293= =293 МПа< [у] Fmax=780Мпа |
[у] F1= (4*106/4*106) 1/6*314= =314 МПа< [у] Fmax=1430Мпа |
1.7 Расчет коэффициентов нагрузки
Коэффициент нагрузки находим по формулам:
А) При расчете на контактную выносливость КН=КНв*КНу
Б) При расчете на изгибную выносливость КF=КFв*КFх, где
КНв и КFв — коэффициент концентрации нагрузки по ширине зубчатого венца. КНх и КFх — коэффициент динамической нагрузки
Относительная ширина шестерни:
b/d=0.5Шa (U +1), где
Шa=0,25 — коэффициент ширины зубчатого колеса передачи
U’ = 2,8- заданное передаточное число (+1) для внешнего зацепления
Кв= Кво (1-х) +х, где КНво =1 и КFвo=1
Х=0,5 — коэффициент режима, учитывающий влияние режима работы передачи на приработку зубчатых колес.
b/d=0,5*0,4* (3,5+1) =0,9
КНв= КНво =1, КFв= КFвo=1
Значение коэффициента динамичности нагрузки Кх выбираем по [1] таблице 5,6 и 5,7 в зависимости от окружной скорости, точности изготовления передачи и твердости рабочих поверхностей зубьев.
Для определения окружной скорости воспользуемся формулой:
V=n2/су* (T3/U2 * Шa) 1/3=151/1600* (1980/19,36*0.25) 1/3=0,7м/с, где
n3=151мин —1 — частота вращения промежуточного вала редуктора
су=1600 — коэффициент учитывающий влияние термообработки на свойства материала зубчатого колеса
T4 — критический момент
U — заданное передаточное число
Шa — коэффициент ширины зубчатого колеса передачи
Для вычисленной окружной скорости рекомендуется восьмая ступень точности, которую выбираем по [1] из таблицы 5,5
КНх=1,01 и КFх=1.03
КН=1*1.01=1.01
КF=1*1,03=1,03
1.8 Проектный расчет закрытой цилиндрической передачи тихоходной ступени
Основные размеры зубчатой передачи определяем из расчета на контактную выносливость.
Значение межосевого расстояния:
, где
8500 — коэффициент определяемый выражением ZM ZH ZУ0.7 (см. ГОСТ 21354-75 «Расчет на прочность»)
Т4 — номинальный крутящий момент на валу колеса
U’ — заданное передаточное число
КН — коэффициент нагрузки при расчете на контактную выносливость
КНб — коэффициент учитывающий распределение нагрузки между зубьями ([1] Рис.6,2);
[у] Н — допускаемое напряжение при расчете на контактную выносливость
Шa = 0,4 — коэффициент ширины зубчатых колес передачи
мм
Полученное значение б’ округляем до значения a=210 мм из ряда Ra 40 по ГОСТ 6636-69. Рабочая ширина венца. Рабочая ширина колеса:
b2= Шa*а=0,25*210=53 мм
Ширина шестерни:
b1=b2+3=56 мм
Модуль передачи.
, принимаем
мм
Полученное значение модуля m’n=2,5 округляем до ближайшего большего значения m=2,25по ГОСТ 9563-60
Суммарное число зубьев и угол наклона зубьев.
вmin=arcsin (4mn/b2) =arcsin (4*2,5/53) =7,18o
Z’У=Z6+Z5=2*a*cos вmin/mn=2*210*0,993/2,5=167
Cosв= ZУ*mn/2a=167*2,5/2*210=0.9848
в=10>7,18=вmin
Число зубьев шестерни Z3 и колеса Z4.
Z’3=Z У/U’+1=167/4,4+1= 29,1 округляем до целого числа Z5=29
Z4= Z У — Z 5=167-29=138
Фактическое значение передаточного числа.
U= Z 4/ Z 3=138/29=4,5
Проверка зубьев колес на изгибную выносливость.
А) зуб колеса:
, где
Т4 — номинальный крутящий момент на валу колеса
KF=1.03 — коэффициент нагрузки при расчете на изгибную выносливость
KFб=0,91 — коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями ([1] Рис.6,2)
YF4=3.61 — коэффициент формы зуба ([1] Рис.6,2)
YF3=3,7 — коэффициент формы зуба ([1] Рис.6,2)
Значение YF выбираем в зависимости от эквивалентного числа зубьев Zv
Zv4=Z4/cos3в=138/cos3 10=132
Y в — коэффициент учитывающий наклон зуба
Y в = 1- (в/140) =1-0,07 =0,93
b2 — рабочая ширина колеса
mn — модуль
а — межосевое расстояние
U — заданное передаточное число
[у] F2=293 МПа — допускаемое напряжение при расчете на изгибную выносливость
уF6= (151*103*1,03*0,91*0,93*3,61* (4,5+1)) / (53*2,5*210*4,5) =78 < [у] F6
Б) зуб шестерни:
уF3= уF*YF3/ YF4< [у] F5, где
уF4 =78МПа — напряжение при расчете зубьев на изгибную выносливость
YF3=3,7 и YF4=3,61- коэффициенты, учитывающие форму зуба
[у] F3=314 МПа — допускаемое напряжение при расчете на изгибную выносливость
уF3=78*3,7/3,61=80МПа < [у] F5
Определение диаметров делительных окружностей d.
d3=mn/cos в*Z3=2,5/0.9848*29=71,6мм
d4=mn/cos в*Z4=2,5/0.9848*138=348,4мм
Выполним проверку полученных диаметров.
d4+ d3=2а
71,6+348,4=2*210=420 верно
Диаметры окружностей вершин и впадин зубьев df и da:
dа3= d5+2 mn=71,6+2*2,5=77,6мм
dа4= d6+2 mn=348,4+2*2,5=353,4мм
df3= d5-2,5 mn=71,6-2,5*2,5=65,35мм
df4= d6-2,5 mn=348,4-2*2,5=342,15 мм
Проверка возможности обеспечения принятых механических характеристик при термической обработке заготовок.
Шестерни проверяем по значениям D, а колеса по S.
Наружный диаметр заготовки шестерни:
d=da3+6=77,6+6=83,6 мм < D=125 мм
Толщина сечения обода колеса: S=8m=8*2,5=20мм < S=80 мм, следовательно требуемые механические характеристики могут быть получены при термической обработки заготовки.
Силы действующие на валы зубчатых колес.
Окружная сила:
Ft=2T4*103/d4=2*1980*1000/348,4=11366 H
Радиальная сила:
FR= Ft*tgбn/cosв=11366*tg20o/cos10o=4136Н
Осевая сила:
Fa= Fttgв=11366* tg10=1996Н
1.9 Расчет звёздочки тяговой цепи
Определим основные размеры звездочки для тяговой цепи:
Делительный диаметр:
Dд=P/ (sin180/Z);
P-шаг цепи; Z-число зубьев звёздочки.
Dд=125/ (sin180/9) =365.5мм;
Диаметр окружности выступов:
De=P (0,56+2,74-0,31/8,3) =409мм;
Диаметр окружности впадин:
Di=Dд — Dц;
Di=365,5-15=350,5мм.
Ширина зуба: b=0,75bвн=13,7мм;
1.10 Проверочный расчет тихоходного вала (наиболее нагруженного) на усталостную прочность и выносливость
Проведём расчёт тихоходного вала.
Действующие силы: ,- окружные, ,- осевая, ,- радиальная, — крутящий момент.
,,,, ,.
Определим реакции опор в вертикальной плоскости.
1. ,
,
.
Отсюда находим, что .
2. ,
,
. Получаем, что .
Выполним проверку:
, , ,.
Следовательно вертикальные реакции найдены верно.
Определим реакции опор в горизонтальной плоскости.
3. ,
,
, получаем, что .
4. ,
,
, отсюда .
Проверим правильность нахождения горизонтальных реакций:
, , ,
По эпюре видно, что самое опасное сечение вала находится в точке , причём моменты здесь будут иметь значения:
, .
Расчёт производим в форме проверки коэффициента запаса прочности , значение которого можно принять . При этом должно выполняться условие, что
,
где — расчётный коэффициент запаса прочности, и — коэффициенты запаса по нормальным и касательным напряжениям, которые определим ниже.
Найдём результирующий изгибающий момент, как
.
Определим механические характеристики материала вала (Сталь 35ХМ) по табл.10.2 лит.3: — временное сопротивление (предел прочности при растяжении); и — пределы выносливости гладких образцов при симметричном цикле изгиба и кручении; — коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла напряжений. Определим отношение следующих величин (табл.10.9 лит.3):
, ,
где и — эффективные коэффициенты концентрации напряжений, — коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения. Также по табл.10.4 лит.3 найдём значение коэффициента влияния шероховатости и по табл.10.5 лит.3 коэффициент влияния поверхностного упрочнения . Вычислим значения коэффициентов концентрации напряжений и для данного сечения вала:
,
.
Определим пределы выносливости вала в рассматриваемом сечении:
, .
Рассчитаем осевой и полярный моменты сопротивления сечения вала:
,
где — расчётный диаметр вала.
Вычислим изгибное и касательное напряжение в опасном сечении по формулам:
, .
Определим коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:
.
Для нахождения коэффициента запаса прочности по касательным напряжениям определим следующие величины. Коэффициент влияния асимметрии цикла напряжений для данного сечения
.
Среднее напряжение цикла . Вычислим коэффициент запаса
.
Найдём расчётное значение коэффициента запаса прочности и сравним его с допускаемым:
— условие выполняется.
1.11 Выбор муфт
Для передачи крутящего момента от вала электродвигателя к быстроходному валу и предотвращения перекоса вала выбираем муфту. Наиболее подходит упругая втулочно-пальцевая муфта, крутящий момент передается пальцами и упругими втулками. Ее размеры стандартизированы и зависят от величины крутящего момента и диаметра вала.
Для соединения концов тихоходного и приводного вала и передачи крутящего момента использовать предохранительную муфту с разрушающим элементом, которая, также обеспечивает строгую соосность валов и защищает механизм от перегрузок. Размеры данной муфты выбираются по стандарту, они зависят от диаметра вала и величины передаваемого крутящего момента.
1.12 Смазка зубчатых зацеплений и подшипников
Смазочные материалы в машинах применяют с целью уменьшения интенсивности изнашивания, снижения сил трения, отвода от трущихся поверхностей теплоты, а также для предохранения деталей от коррозии. Снижение сил трения благодаря смазке обеспечивает повышение КПД машины, кроме того снижаются динамические нагрузки, увеличивается плавность и точность работы машины. Принимаем наиболее распространенное жидкое индустриальное масло И-Г-А-32.
Глубина погружения зубчатых колес в масло должно быть не менее 10 мм от вершин зубьев.
1.13 Сборка редуктора
Применим радиальную сборку конструкции выбранного редуктора. Корпус редуктора состоит из 2-х частей с разъемом в плоскости осей зубчатых колес. Части корпуса фиксируются одна относительно другой контрольными штифтами. Эта конструкция характеризуется сложностью механической обработки. Посадочное отверстие под подшипники валов обрабатываются в сборе при половинах корпуса, соединенных по предварительно обработанным поверхностям стыка, или раздельно в обеих половинах, с последующей чистовой обработкой поверхности стыка.
Список используемой литературы
1. М.Н. Иванов. Детали машин. М.: «Машиностроение», 1991.
2. П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов — Конструирование узлов и деталей машин. М.: «Высшая школа», 1985.
3. В.И. Анурьев — Справочник коструктора-машиностроителя, т.1. М.: «Машиностроение», 1980.
4. В.И. Анурьев — Справочник коструктора-машиностроителя, т.2. М.: «Машиностроение», 1980.
5. В.И. Анурьев — Справочник коструктора-машиностроителя, т.3. М.: «Машиностроение», 1980.