Выбор электродвигателя и кинематический расчет. Определение мощностей и предварительных крутящих моментов. Определение параметров передач при различных напряжениях. Вычисление диаметров валов. Выбор подшипников. Расчет валов по эквивалентному моменту.
KHE - коэффициент, учитывающий изменение нагрузки в соответствии с циклограммой где QH=6-показатель степени кривой усталости при расчете на контактную выносливость c = 1 - число зацеплений зуба за один оборот колеса YA - коэффициент, учитывающий влияние двустороннего приложения нагрузки: при одностороннем приложении нагрузки YA = 1.0; KHB - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца Коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца (для изгибной прочности), KFB=f (HB, расположение колес относительно опор, ybd)=1,2 (рис.
Введение
При конструировании задача состоит в создании машин, дающих наибольший экономический эффект и обладающих высокими технико-экономическими и эксплуатационными показателями.
Основные требование, предъявляемые к конструируемой машине - высокая надежность, ремонтопригодность, технологичность, минимальные габариты и масса, удобство эксплуатации. Машина должна соответствовать требованиям технической эстетики.
Основные требования и принципы конструирования
В разрабатываемой конструкции все детали и сборочные единицы должны обладать одинаковой степенью соответствия требованиям надежности, точности, жесткости, прочности и др.
Конструируемое изделие должно обладать рациональностью компоновки сборочных единиц, обеспечивающую малые габариты, удобство сборки, регулировки, замены деталей или сборочных единиц при ремонте.
Конструируемые машины должны отвечать требованиям унификации и стандартизации. Унификация - рациональное сокращение многообразия видов, типов и типоразмеров изделий. Стандартизация - установление и применение единообразия и обязательных требований к изделиям и продукции массового производства.
Взаимозаменяемость - свойство деталей и узлов, позволяющее заменять их без дополнительной обработки с сохранением всех требований к работе данной машины.
В нашем проекте взаимозаменяемыми будут подшипники, крышки подшипников и т.д.
Проектируемый нами редуктор применяется для изменения крутящего момента и частоты вращения ротора электродвигателя посредством ступенчатого изменения передаточного числа.
При проектировании корпусных деталей, валов будем максимально экономить материал, конструировать технологично, применяя максимум стандартных изделий.
1. Выбор электродвигателя и кинематический расчет
Исходные данные: Количество валов = 4
Сила на последнем валу F 4 = 3700 Н
Скорость на выходном валу v 4 = 0,35 м/с
Диаметр выходного вала D 4 = 354,9 мм
1.1 Мощность на выходном валу привода, КВТ: Рвых= Fвых·vвых/1000 = 3700·0,35/1000 = 1,29 КВТ
1.5 Передаточные отношения электродвигатель подшипник вал мощность
На основании рекомендуемых средних величин перед. чисел U для различных видов механических передач (табл. 1.1.2 [1]) и рекомендуемого их распределения в редукторах и приводах (табл. 1.1.3 и рис. 1.1.2 [1]) определяем рекомендуемое передаточное число U0’=U1’·U2’..·Un’
U цил= 4,5; U цил= 3,55; U цил= 3,15;
Предварительное передаточное отношение привода U0’= 50,32;
Для заданного значения мощности принимаем асинхронный электродвигатель с номинальной мощностью равной или несколько превышающей , электродвигатель серии и типоразмера 4A90L6Y3, для которого 1,5 КВТ, 945,0 об/мин
1.7 Действительное общее передаточное число привода
U0 = nэд/nвых = 945,0/18,84 = 50,1
1.8 Действительные передаточные числа передач привода
Выбираются так чтобы U1»U1’, U2»U2’… и чтобы U0= U1· U2…
Крутящий момент на шестерне T1= 15,2 Нм; на колесе T2= 65,5 Нм
Параметры долговечности Lгод= 5,0
Кгод= 0,5
Ксут= 0,3
Выбираем материал шестерни и зубчатого колеса
Группу материалов выбираем в зависимости от требований габаритов передачи и крутящего момента на ведомом колесе (табл. 3.2 [2], табл. 16.2. 1,4.1.1 [1]
Рекомендуемые сочетания материалов табл. 4.1.2 [1]
Выбираем материал шестерни - Сталь 45 и колеса - Сталь 40Л
Термообработка шестерни - нормализация
Термообработка колеса - нормализация
Твердость шестерни HB1= 241 колеса HB2= 197
Базовое число циклов соответствующее пределу выносливости для шестерни и колеса NHLIM=f(HB) (табл. 4.1.3 [1]) (если HB<=200 NHLIM=107)
KHE - коэффициент, учитывающий изменение нагрузки в соответствии с циклограммой где QH=6-показатель степени кривой усталости при расчете на контактную выносливость c = 1 - число зацеплений зуба за один оборот колеса
Крутящий момент на шестерне T1= 65,5 Нм; на колесе T2= 223,3 Нм
Параметры долговечности Lгод= 5,0
Кгод= 0,5
Ксут= 0,3
Выбираем материал шестерни и зубчатого колеса
Группу материалов выбираем в зависимости от требований габаритов передачи и крутящего момента на ведомом колесе (табл. 3.2 [2], табл. 16.2. 1,4.1.1 [1]
Рекомендуемые сочетания материалов табл. 4.1.2 [1]
Выбираем материал шестерни - Сталь 45 и колеса - Сталь 45Л
Термообработка шестерни - улучшение
Термообработка колеса - улучшение
Твердость шестерни HB1= 260 колеса HB2= 223
Базовое число циклов, соответствующее пределу выносливости для шестерни и колеса NHLIM=f(HB) (табл. 4.1.3 [1]) (если HB<=200 NHLIM=107)
KHE - коэффициент, учитывающий изменение нагрузки в соответствии с циклограммой где QH=6-показатель степени кривой усталости при расчете на контактную выносливость c = 1 - число зацеплений зуба за один оборот колеса
Крутящий момент на шестерне T1= 223,3 Нм; на колесе T2= 673,2 Нм
Параметры долговечности Lгод= 5,0
Кгод= 0,5
Ксут= 0,3
Выбираем материал шестерни и зубчатого колеса.
Группу материалов выбираем в зависимости от требований габаритов передачи и крутящего момента на ведомом колесе (табл. 3.2 [2], табл. 16.2. 1,4.1.1 [1]
Рекомендуемые сочетания материалов табл. 4.1.2 [1]
Выбираем материал шестерни - Сталь 40Х и колеса - Сталь 55
Термообработка шестерни - улучшение
Термообработка колеса - улучшение
Твердость шестерни HB1= 285 колеса HB2= 255
Базовое число циклов, соответствующее пределу выносливости для шестерни и колеса NHLIM=f(HB) (табл. 4.1.3 [1]) (если HB<=200 NHLIM=107)
KHE - коэффициент, учитывающий изменение нагрузки в соответствии с циклограммой где QH=6-показатель степени кривой усталости при расчете на контактную выносливость c = 1 - число зацеплений зуба за один оборот колеса
YFS=f(z1(2)E, x) (x=0) где z1(2)E=z1(2) - эквивалентное число зубьев
Выбранные значения YFS1= 4,0; YFS2= 3,7
Дальнейший расчет производим для элемента пары «шестерня-колесо» у которого меньше величина отношения SHP 1(2)/ YFS 1(2)
Расчетные напряжения изгиба
Yb - коэффициент, учитывающий наклон зуба для косых зубьев Yb=1-b/140=0,9
Ye - коэффициент, учитывающий перекрытие зубьев для косых зубьев Уе =1/ea=0,6
МПА
Недогрузка 44,8% SF = 110,2 EМПА SFP = 199,6 МПА
4. Расчет диаметров валов
4.1 Выбор материала валов
Для валов принимаем материал: сталь 45 с термообработкой - улучшение: твердость заготовки 220…260 HB, МПА; МПА; МПА; ;
Предварительно принимаем
4.2 Геометрические параметры валов
Вал №1. Определяем диаметр выходного конца из расчета на чистое кручение по пониженному допускаемому напряжению без учета влияния изгиба: Принимаем d1=20 мм
- допускаемое напряжение на кручение.
Вал №2. Определяем диаметр выходного конца из расчета на чистое кручение по пониженному допускаемому напряжению без учета влияния изгиба: Принимаем d2=30 мм
- допускаемое напряжение на кручение.
Вал №3. Определяем диаметр выходного конца из расчета на чистое кручение по пониженному допускаемому напряжению без учета влияния изгиба: Принимаем d3=35 мм
- допускаемое напряжение на кручение.
Вал №4. Определяем диаметр выходного конца из расчета на чистое кручение по пониженному допускаемому напряжению без учета влияния изгиба: Принимаем d4=50 мм
- допускаемое напряжение на кручение.
Диаметры остальных участков вала назначаются конструктивно, с учетом размеров стандартных деталей насаживаемых на вал
5. Предварительный выбор подшипников
По ([1], табл. 16.3, с. 338) и ([1], табл. 16.9, с. 352) для вала №1 принимаем подшипник 7205 ГОСТ 27365-87; для вала №2 принимаем подшипник 7206 ГОСТ 27365-87; для вала №3 принимаем подшипник 7207 ГОСТ 27365-87; для вала №1 принимаем подшипник 7311 ГОСТ 27365-87; Основные параметры и размеры подшипников сводим в табл. 6.1.
Таблица 5.1.
Обозначение подшипников d, мм D, мм B, мм r, мм Cr, КН C0r, КН e Y
1. Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;
где = 280,0 - предел выносливости гладких стандартных цилиндрических образцов при симметричном цикле нагружения;
- амплитуда цикла изменения напряжений изгиба, МПА
где Ми - изгибающий момент в рассматриваемом сечении вала, Нм w - момент сопротивления изгибу с учетом ослабления вала, мм3
- коэффициент снижения предела выносливости детали в рассматриваемом сечении при изгибе где kd = 0,8 - коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения (рис. 6.7.3 [1])
KF= 0,9 - коэффициент влияния параметров шероховатости поверхности (рис. 6.7.4 [1]) kv = 2,5 - коэффициент влияния поверхностного упрочнения (табл. 6.7.2 [1]) ks = 1,6 - коэффициент концентрации напряжений по изгибу (табл. 6.7.3 [1])
2. Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям где = 170,0 - предел выносливости гладких стандартных цилиндрических образцов при симметричном цикле нагружения;
где T - крутящий момент на валу, Нм wp - момент сопротивления кручению с учетом ослабления вала, мм3
- коэффициент снижения предела выносливости детали в рассматриваемом сечении при кручении где kt = 1,5 - коэффициент концентрации напряжений по кручению (табл. 6.7.3 [1]) yt = 0,05 - коэффициент, характеризующий чувствительность материала вала к асимметрии цикла изменения напряжений (табл. 6.7.1 [1])
3. Общий коэффициент запаса прочности вычисляется по формуле:
. Smin=1.5
Прочность вала по 2 сечению обеспечена.
II. Проверяем сечение номер 3
1. Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;
где = 280,0 - предел выносливости гладких стандартных цилиндрических образцов при симметричном цикле нагружения;
- амплитуда цикла изменения напряжений изгиба, МПА
где Ми - изгибающий момент в рассматриваемом сечении вала, Нм w - момент сопротивления изгибу с учетом ослабления вала, мм3
- коэффициент снижения предела выносливости детали в рассматриваемом сечении при изгибе где kd = 0,8 - коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения (рис. 6.7.3 [1])
KF= 0,9 - коэффициент влияния параметров шероховатости поверхности (рис. 6.7.4 [1]) kv = 2.5 - коэффициент влияния поверхностного упрочнения (табл. 6.7.2 [1]) ks = 2,1 - коэффициент концентрации напряжений по изгибу (табл. 6.7.3 [1])
2. Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям где = 170,0 - предел выносливости гладких стандартных цилиндрических образцов при симметричном цикле нагружения;
4. Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;
где = 280,0 - предел выносливости гладких стандартных цилиндрических образцов при симметричном цикле нагружения;
- амплитуда цикла изменения напряжений изгиба, МПА
где Ми - изгибающий момент в рассматриваемом сечении вала, Нм w - момент сопротивления изгибу с учетом ослабления вала, мм3
- коэффициент снижения предела выносливости детали в рассматриваемом сечении при изгибе где kd = 0,8 - коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения (рис. 6.7.3 [1])
KF= 0,9 - коэффициент влияния параметров шероховатости поверхности (рис. 6.7.4 [1]) kv = 2,5 - коэффициент влияния поверхностного упрочнения (табл. 6.7.2 [1]) ks = 1,8 - коэффициент концентрации напряжений по изгибу (табл. 6.7.3 [1])
5. Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям где = 170,0 - предел выносливости гладких стандартных цилиндрических образцов при симметричном цикле нагружения;
где T - крутящий момент на валу, Нм wp - момент сопротивления кручению с учетом ослабления вала, мм3
- коэффициент снижения предела выносливости детали в рассматриваемом сечении при кручении где kt = 1,5 - коэффициент концентрации напряжений по кручению (табл. 6.7.3 [1]) yt = 0,05 - коэффициент, характеризующий чувствительность материала вала к асимметрии цикла изменения напряжений (табл. 6.7.1 [1])
6. Общий коэффициент запаса прочности вычисляется по формуле: . Smin=1.5
Прочность вала по 2 сечению обеспечена.
IV. Проверяем сечение номер 3
4. Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;
где = 280,0 - предел выносливости гладких стандартных цилиндрических образцов при симметричном цикле нагружения;
- амплитуда цикла изменения напряжений изгиба, МПА
где Ми - изгибающий момент в рассматриваемом сечении вала, Нм w - момент сопротивления изгибу с учетом ослабления вала, мм3
- коэффициент снижения предела выносливости детали в рассматриваемом сечении при изгибе где kd = 0,8 - коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения (рис. 6.7.3 [1])
KF= 0,9 - коэффициент влияния параметров шероховатости поверхности (рис. 6.7.4 [1]) kv = 2.5 - коэффициент влияния поверхностного упрочнения (табл. 6.7.2 [1]) ks = 1,6 - коэффициент концентрации напряжений по изгибу (табл. 6.7.3 [1])
5. Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям где = 170,0 - предел выносливости гладких стандартных цилиндрических образцов при симметричном цикле нагружения;
7. Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;
где = 280,0 - предел выносливости гладких стандартных цилиндрических образцов при симметричном цикле нагружения;
- амплитуда цикла изменения напряжений изгиба, МПА
где Ми - изгибающий момент в рассматриваемом сечении вала, Нм w - момент сопротивления изгибу с учетом ослабления вала, мм3
- коэффициент снижения предела выносливости детали в рассматриваемом сечении при изгибе где kd = 0,8 - коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения (рис. 6.7.3 [1])
KF= 0,9 - коэффициент влияния параметров шероховатости поверхности (рис. 6.7.4 [1]) kv = 2,5 - коэффициент влияния поверхностного упрочнения (табл. 6.7.2 [1]) ks = 1,8 - коэффициент концентрации напряжений по изгибу (табл. 6.7.3 [1])
8. Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям где = 170,0 - предел выносливости гладких стандартных цилиндрических образцов при симметричном цикле нагружения;
где T - крутящий момент на валу, Нм wp - момент сопротивления кручению с учетом ослабления вала, мм3
- коэффициент снижения предела выносливости детали в рассматриваемом сечении при кручении где kt = 1,5 - коэффициент концентрации напряжений по кручению (табл. 6.7.3 [1]) yt = 0,05 - коэффициент, характеризующий чувствительность материала вала к асимметрии цикла изменения напряжений (табл. 6.7.1 [1])
9. Общий коэффициент запаса прочности вычисляется по формуле: . Smin=1.5
Прочность вала по 2 сечению обеспечена.
VI. Проверяем сечение номер 3
7. Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;
где = 280,0 - предел выносливости гладких стандартных цилиндрических образцов при симметричном цикле нагружения;
- амплитуда цикла изменения напряжений изгиба, МПА
где Ми - изгибающий момент в рассматриваемом сечении вала, Нм w - момент сопротивления изгибу с учетом ослабления вала, мм3
- коэффициент снижения предела выносливости детали в рассматриваемом сечении при изгибе где kd = 0,8 - коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения (рис. 6.7.3 [1])
KF= 0,9 - коэффициент влияния параметров шероховатости поверхности (рис. 6.7.4 [1]) kv = 2.5 - коэффициент влияния поверхностного упрочнения (табл. 6.7.2 [1]) ks = 1,6 - коэффициент концентрации напряжений по изгибу (табл. 6.7.3 [1])
8. Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям где = 170,0 - предел выносливости гладких стандартных цилиндрических образцов при симметричном цикле нагружения;
где T - крутящий момент на валу, Нм wp - момент сопротивления кручению с учетом ослабления вала, мм3
- коэффициент снижения предела выносливости детали в рассматриваемом сечении при кручении где kt = 1,5 - коэффициент концентрации напряжений по кручению (табл. 6.7.3 [1]) yt = 0,05 - коэффициент, характеризующий чувствительность материала вала к асимметрии цикла изменения напряжений (табл. 6.7.1 [1])
9. Общий коэффициент запаса прочности вычисляется по формуле: . Smin=1.5
Прочность вала по 3 сечению обеспечена.
9. Описание сборки
В отлитом корпусе просверливают отверстия под болты для крышек и для крепления крышки корпуса к основанию. Также сверлят отверстия под центрирующие штифты.
Перед сборкой внутреннюю полость корпуса редуктора тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской.
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, ставят крышки подшипников с комплектом металлических прокладок для регулировки.
Проверяют проворачиванием валов отсутствие заклинивания подшипников (валы должны проворачиваться от руки) и закрепляют крышки руками.
Далее на свободные концы валов устанавливают муфты и закрепляют их.
Затем ввертывают пробку маслоспускного отверстия с прокладкой и жезловый указатель.
Заливают в корпус масло и закрывают смотровое отверстие крышкой с прокладкой из технического картона; закрепляют крышку болтами.
Собранную коробку передач обкатывают и подвергают испытанию на стенде по программе, устанавливаемой техническими условиями.
Список литературы
электродвигатель подшипник вал мощность
1. Детали машин. Проектирование: Учебное пособие/Л.В. Курмаз, А.Т. Скойбеда - Минск: УП «Технопринт», 2001 г. - 290 с.
2. Свирщевский Ю.Н., Макейчик Н.Н. С24 Расчет и конструирование коробок скоростей и подач, Мн.: «Вышэйшая школа» 1976 г. - 592 с., с ил.
3. Иванов М.Н. И20 Детали машин: Учебник для машиностроительных специальностей ВУЗОВ - 4-е изд., перераб. - М.: «Высшая школа» 1981 г., 432 с. - ил.
4. Детали машин в примерах и задачах / Под общ. ред. С.Н. Ничипорчика. - 2-е изд. - Мн.: Вышэйшая школа, 1981. - 432 с.
5. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т. - 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1982. - Т.2. -584 с.; Т.3. - 576 с. Детали машин: Атлас конструкций / Под ред Д.Н. Решетова. - М.: Машиностроение, 1979. - 367 с.
6. Курсовое проектирование деталей машин: Справочное пособие/А.В. Кузьмин, Н.Н. Макейчик, В.Ф. Калачев и др. - Мн.: Вышэйшая школа, 1982. - Ч. 1. - 208 с.; Ч. 2. -334 с.
7. Кузьмин А.В. Курсовое проектирование деталей машин: Справочное пособие/А.В. Кузьмин и др. - Мн.: Вышэйшая школа, 1982. - Ч. 1. - 208 с.; Ч. 2. - 334 с.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
