Расчет силовых и кинематических характеристик привода. Определение мощности на приводном валу. Выбор электродвигателя. Кинематический расчет и определение параметров зубчатых колес. Оценка механических свойств материалов. Вычисление параметров передачи.
При низкой оригинальности работы "Проектирование одноступенчатого редуктора с цилиндрическими прямозубыми эвольвентными зубчатыми колесами", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Редуктор - это механизм состоящий из зубчатых или червячных передач, заключенный в отдельный закрытый корпус. Редукторы делятся по следующим признакам: - по типу передачи - на зубчатые, червячные или зубчато-червячные: - по числу ступеней - на одноступенчатые (когда передаче осуществляется одной парой колес), двух-, трех-или многоступенчатые: - по типу зубчатых колес - на цилиндрические, конические или коническо-цилиндрические; Например, применение высокопрочных легированных сталей для изготовления деталей часто приводит к значительному уменьшению их размеров, что приводит к уменьшению размеров всей конструкции, в том числе и ее дорогостоящих корпусных деталей, а следовательно к снижению полной стоимости конструкции. Стоимость обработки деталей определяет выбор способа получения заготовок и технологических маршрутов обработки деталей в рамках определенного производства. Для снижения стоимости обработки руководствуются выбором наиболее простых формообразующих поверхностей деталей, например цилиндрических и конических, унификацией и применением стандартных деталей, а также использованием прогрессивных методов изготовления, таких как сварка, холодная и горячая штамповка, литье в кокиль и центробежное литье и др.
Введение
привод зубчатый колесо
Редуктор - это механизм состоящий из зубчатых или червячных передач, заключенный в отдельный закрытый корпус.
Редуктор предназначен для понижения числа оборотов и, соответственно, повышения крутящего момента.
Редукторы делятся по следующим признакам: - по типу передачи - на зубчатые, червячные или зубчато-червячные: - по числу ступеней - на одноступенчатые (когда передаче осуществляется одной парой колес), двух-, трех- или многоступенчатые: - по типу зубчатых колес - на цилиндрические, конические или коническо-цилиндрические;
- по расположению валов редуктора в пространстве - на горизонтальные, вертикальные, наклонные.
В данном курсовом проекте проектируется одноступенчатый редуктор с цилиндрическими прямозубыми эвольвентными зубчатыми колесами в исполнении для районов с умеренным климатом ( тип ЦУ).
Редуктор предназначен для работы в горизонтальном положении, опорной плоскостью вниз.
Существующий ряд редукторов данного типа обеспечивает крутящие моменты на тихоходном валу 250 - 4000 Н•м в диапазоне передаточных чисел 2 ? 6,3. Межосевые расстояния - 100 ? 250 мм, массы - 27 ? 250 кг, кпд - 0,98.
Обозначение редуктора: ЦУ-160 , где 160 мм - межосевое расстояние.
Типовая конструкция редуктора представлена на рис. 1.
Корпус редуктора 4 и крышка 1 соединены болтами с двумя коническими штифтами. Вал-шестерня 12 (быстроходный вал редуктора) вращается на двух роликоподшипниках 11. Он находится в зацеплении с зубчатым колесом 7, напрессованным на выходной вал 15, который вращается на двух роликоподшипниках 13. Регулировка подшипников осуществляется набором регулировочных колец 6 и 10, устанавливаемых между торцом наружного кольца подшипника и закладными крышками 9 и 5. Неподвижные соединения уплотняются прокладками, а выходные концы валов - манжетами 8 и 14 по ГОСТ 8752-79. Для залива масла в редуктор в крышке 1 предусмотрено отверстие, закрытое крышкой 2. Для струйной смазки поливанием в крышке установлено сопло 3. Масло сливается через отверстие в нижней части корпуса, закрытое пробкой 16. Для контроля за уровнем масла служит контрольная пробка 17. Смазывание осуществляется из общей масляной ванны: деталей зацепления - окунанием, а подшипников - разбрызгиванием.
При эксплуатации редукторов допускают кратковременные перегрузки, возникающие при пусках и остановах, в 2,2 раза превышающие номинальные, если число циклов- нагружения тихоходного вала за время действия этих перегрузок не превысит 105 в течение всего срока службы редуктора. При работе редукторов в реверсивном режиме номинальные крутящие моменты на тихоходном валу, должны быть снижены на 30 %.
Рис.1. Общий вид одноступенчатого редуктора.
1. Общие определения и рекомендации
Проектирование машин, механизмов и их узлов заключается в конструктивной разработке общего расположения и выборе формы отдельных деталей. Основными требованиями, предъявляемыми к объектам проектирования, принимают: прочность, долговечность, экономическую целесообразность и безопасность в обслуживании. Причем требование экономической целесообразности, определяемое стоимостью затрат как на проектирование так и на изготовление и эксплуатацию, ставится на одно из первых мест.
Стоимость объекта определяется стоимостью материалов, стоимостью изготовления и обработки отдельных деталей, а также его массой и габаритами, определяющими стоимость транспортировки, складских и производственных площадей.
С целью снижения стоимости деталей для их изготовления применяют наиболее дешевые материалы. Например, при изготовлении деталей машин целесообразно применять пластмассы вместо цветных и черных металлов. Вместе с тем снижение стоимости может быть достигнуто, если основные детали машины изготовить из более прочного, хотя и более дорогого материала. Например, применение высокопрочных легированных сталей для изготовления деталей часто приводит к значительному уменьшению их размеров, что приводит к уменьшению размеров всей конструкции, в том числе и ее дорогостоящих корпусных деталей, а следовательно к снижению полной стоимости конструкции.
Стоимость обработки деталей определяет выбор способа получения заготовок и технологических маршрутов обработки деталей в рамках определенного производства. Для снижения стоимости обработки руководствуются выбором наиболее простых формообразующих поверхностей деталей, например цилиндрических и конических, унификацией и применением стандартных деталей, а также использованием прогрессивных методов изготовления, таких как сварка, холодная и горячая штамповка, литье в кокиль и центробежное литье и др.
Габариты и масса в значительной степени определяются кинематической схемой и компоновкой основных узлов и деталей.
Одним из наиболее эффективных средств экономии машиностроительных материалов является использование точных методов расчета деталей машин, позволяющих брать для последних минимальные запасы прочности. Рациональное и грамотное использование расчетных методов, положенных в основу проектирования деталей машин, приносит существенный экономический эффект как на стадиях проектирования, так и в процессе производства и при эксплуатации машин.
Расчеты деталей на прочность, жесткость и устойчивость производят в основном по формулам сопротивления материалов. Причем в последние десятилетия для этих целей используют численные методы, например метод конечных элементов, реализованные в пакетах компьютерных программ. Применение численных методов повышает точность расчетов качественных характеристик машин, следовательно влияет на эффективность их проектирования, производства и эксплуатации.
В условиях рыночной экономики при отсутствии плана экономического развития экономическая целесообразность проектирования и производства машин обосновывается бизнес-планами, которые определяют эффективность проекта на основании стоимости работ, анализа рынка, условий конкуренции, прибыли, инвестиций, факторов внешней среды и др. При этом оценка стоимости работ требует достаточной конструкторской подготовки от специалистов, проводящих экономическую экспертизу проектов.
2. Исходные данные
При выполнении курсового проекта рекомендуется придерживаться следующего порядка: 1. Определить мощность на приводном валу и выбрать электродвигатель.
2. Провести кинематический расчет привода.
3. Рассчитать основные параметры зубчатых колес.
4. Сконструировать вал редуктора и выполнить его чертеж.
Материал вала сталь 45 с термообработкой - улучшением, с твердостью поверхности 215 НВ
3. Расчет силовых и кинематических характеристик привода
Определение мощности на приводном валу
Привод состоит из редуктора и электродвигателя, соединенных посредством зубчатой муфты. Соединение муфты с валом электродвигателя и быстроходным валом редуктора производится посредством призматических шпонок. Тихоходный вал редуктора также имеет шпоночный паз для соединения с последующими ступенями машины и обеспечивающий передачу выходного крутящего момента T2.
Требуемая мощность двигателя определяется по формуле
, где -мощность на тихоходном валу; -общий к. п. д. привода, равный произведению частных к. п. д. кинематических пар
, где n -число зацеплений (n=1); x - число пар подшипников (x=2). Ориентировочные значения частных к. п. д. приведены в таблице 2.
Таблица 2. Ориентировочные значения частных к.п.д., i
Наименование Обычное изготовление Точного изготовления и приработанные Консистентная смазка
Жидкая смазка
Зубчатая передача с цилиндрическими колесами 0,9750,95 -0,980,95 - 0,97
Пара подшипников качения 0,99 - 0,995
Муфты 0,995
Рис.3. Кинематическая схема редуктора.
Общий к. п. д. редуктора с одним зацеплением точного изготовления и двумя парами подшипников качения вычислим на основании значения частных к. п. д., приведенных в таблице 2 по формуле: .
Требуемая мощность двигателя: .
Выбор электродвигателя
В общем машиностроении широкое распространение получили асинхронные двигатели трехфазного тока с короткозамкнутым ротором.
Асинхронные двигатели имеют ?жесткую? механическую характеристику. При этом значительное изменение нагрузки вызывает несущественное изменение частоты вращения ротора. Практически принимаем, что в рабочем диапазоне нагрузок (исключая период пуска) частота вращения ротора = const, тогда частота вращения двигателя связана с частотой вращения рабочего органа. Выбор двигателя производят из каталога по номинальной мощности , при условии, что .
Для нашего примера выберем электродвигатель 4A132S6Y3 со следующими характеристиками: синхронная частота вращения диаметр вала ротора кратность максимального момента . Частота вращения ротора двигателя при номинальной нагрузке меньше синхронной частоты и определяется по формуле: , где s - коэффициент скольжения, изменяющийся в пределах 0,04 - 0,06, принимаем равным 0,04.
Кинематический расчет привода
Определим передаточное число редуктора по отношению частот вращения входного и выходного валов
.
Полученное значение лежит в рекомендованных для одноступенчатых передач пределах (1,6 - 8). Принимаем ближайшее стандартное значение по СТ СЭВ 229-75 (первый ряд) u=2 и уточняем частоту вращения тихоходного вала редуктора
.
При этом угловые скорости вращения валов рассчитаем по формулам: ;
Вращающие моменты на быстроходном и тихоходном валах (с учетом к. п. д.) соответственно: ;.
Таблица 3. Сводная таблица силовых и кинематических характеристик привода
№ вала 1. Быстроходный 2. Тихоходный ni , число оборотов в минуту 960 об/мин. 400 об/мин.
, угловая скорость.
Ti, момент.
Ni, мощность двигателя
4. Расчет параметров зубчатых колес
Определение механических свойств материалов
Основной причиной выхода из строя зубчатых колес является повреждение активных поверхностей зубьев в результате развития усталостного выкрашивания. В расчетах прочности вводят ограничения по контактным напряжениям, допустимые величины которых определяются на основании механических свойств материалов зубчатых колес.
Традиционными материалами, применяемыми для изготовления зубчатых колес являются конструкционные углеродистые и легированные стали. В технологическом процессе изготовления зубчатых колес и валов предполагается термическая обработка заготовок, которая изменяет механические свойства их материалов, в частности, твердости поверхности НВ или HRC. Так при нормализации ("Н") или улучшении ("У") твердость заготовки не превышает НВ 350, а при закалке "З" и цементации "Ц" или азотировании поверхности достигается большая твердость НВ> 350 (HRC 56 -63). При твердости НВ<350 с целью улучшения условий контактной прочности принимают материал для шестерни на 10 -30 единиц выше, чем для колеса.
В процессе термической обработки механические свойства материалов, как правило, неравномерны по толщине заготовки и по этой причине для детали в целом они определяются диаметром ее заготовки.
По марке материала шестерни, приведенной в задании, выбираем для шестерни сталь 45 с термообработкой улучшением НВ 240, а для колеса тоже сталь 45 с термообработкой нормализацией НВ 215.
Примем предварительно: для шестерни диаметр заготовки до 100 мм, а для колеса до 400 мм. При этом имеем: -для материала шестерни: предел текучести =440 МПА, предел прочности =780 МПА;
Рассчитаем допускаемые контактные напряжения для материала шестерни и колеса. Для чего по заданной долговечности t=30 000 час. определяем число рабочих циклов: -шестерни 60 960 30000=1,72 109;
-колеса 60 480 30000=0,86 109;
При > 10 7 принимаем коэффициент долговечности =1
Коэффициент безопасности для колес из нормализованной и улучшенной стали, а также при закалке принимают =1,1 - 1,2.
Примем =1,15.
Допускаемые контактные напряжения для материалов зубчатой передачи определяются по формуле
, где - предел контактной выносливости при базовом числе циклов. Принимаем при НВ?350 НВ = 2 НВ 70, тогда: -для шестерни = 550 МПА;
478,3 МПА;
-для колеса = 500 МПА.
434,8 МПА;
5. Расчет параметров передачи
Основные размеры цилиндрических прямозубых передач внешнего зацепления определяются параметрами венца: числом зубьев z, модулем m, коэффициентом смещения x в соответствии с ГОСТ 13755 -81 (СТ СЭВ 308-76).
Введем коэффициент, учитывающий динамичность нагрузки и неравномерность зацепления и определим межосевое расстояние из условия контактной выносливости и выбранного значения коэффициента ширины колеса =0,4 по следующей формуле:
Полученное значение межосевого расстояния округляем до ближайшего значения по СТ СЭВ 229-75. Принимаем: =100 мм.
Рис. 4. Параметры зубчатого зацепления
Приближенно оцениваем модуль зацепления
Определяем суммарное число зубьев шестерни и колеса
, а также отдельно для быстроходной ступени передач
(с учетом округления ) и тихоходной ступени
(с учетом округления ). После чего уточняем передаточное число, изменившееся изза округлений числа зубьев до целых значений: .
Основные размеры шестерни и колеса вычислим с учетом следующих соотношений: -делительные диаметры:
;
;
-диаметры вершин зубьев: ;
;
-ширина колеса прямозубой передачи при =0,4
;
-ширина шестерни
, где 4 мм задано превышение ширины шестерни над колесом;
4. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Т. 1, 2, 3. М.: Машиностроение, 2001.
5. Детали машин: Атлас конструкций. Учебное пособие для машиностроительных вузов, В.Н.Беляев, И.С. Богатырев, А.В. Буланже и др.; Под ред. д-ра техн. наук проф. Д.Н.Решетова. М.: Машиностроение, 1979.
6. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. Учебное пособие для машиностроительных вузов. М.: Высшая школа, 1985.
7. Иванов М.Н., Иванов В.Н. Детали машин. Курсовое проектирование. Учебное пособие для машиностроительных вузов. М.: Высшая школа, 1975.
8. Ноздрина Т.А. Основы конструирования узлов и деталей механического привода с учетом ЕСКД. Учебное пособие. Л.: Изд. ЛКИ, 1984.
9. Чернавский С.А. и др. Проектирование механических передач. Учебно-справочное пособие для вузов. М.: Машиностроение, 1984.
Размещено на
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
