Редуктор состоит из корпуса (литого чугунного или сварного стального), в котором помещают элементы передачи - зубчатые колеса, валы, подшипники и т. д. Частоту вращения ведущего и ведомого валов , вычисляют по формуле Угловую скорость ведущего и ведомого валов , вычисляют по формуле Вращающие моменты на ведущем и ведомом валах редуктора , вычисляют по формуле Для косозубых колес расчетное допускаемое контактное напряжение для шестерни и колеса , вычисляют по формулеНа многих современных предприятиях используется большое разнообразие приспособлений, линий, конвейеров. Их скорости, необходимые для выполнения определенных технологических операций почти всегда не соответствуют каким-либо параметрам стандартных редукторов. На современном этапе для решения таких задач введены требования и новые принципы подхода к точности изготовления деталей, установлено понятие технический уровень и регламентированы его значения. В данном курсовом проекте выполненный редуктор соответствует современным требованиям к редукторам и имеет высокий технический уровень. Для решения данной проблемы необходимо было решить ряд вопросов по уменьшению массы деталей, из которых состоит редуктор, выбор более рациональных и современных стандартных деталей для сборки редуктора, имеющих меньший вес и лучшие технические характеристики, влияющие на работу редуктора и его долговечность.
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. Кинематическая схема привода может включать, помимо редуктора, открытые зубчатые передачи, цепные или ременные передачи. Указанные механизмы являются наиболее распространенной тематикой курсового проектирования.
Назначение редуктора - понижение угловой скорости и соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим. Механизмы для повышения угловой скорости, выполненные в виде отдельных агрегатов, называют ускорителями или мультипликаторами.
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 (например, внутри корпуса редуктора может быть помещен шестеренный масляный насос) или устройства для охлаждения (например, змеевик с охлаждающей водой в корпусе червячного редуктора).
Редуктор проектируют либо для привода определенной машины, либо по заданной нагрузке (моменту на выходном валу) и передаточному числу без указания конкретного назначения. Второй случай характерен для специализированных заводов, на которых организовано серийное производство редукторов.
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).
1. Расчет цилиндрического редуктора
1.1 Выбор электродвигателя и кинематический расчет привода
Общий КПД привода , вычисляют по формуле
, (1) где - КПД цилиндрической закрытой передачи, - КПД пары подшипников, - КПД ременной передачи, Требуемую мощность электродвигателя , вычисляют по формуле
(2)
По требуемой мощности выбираем двигатель, с синхронной часто той вращения 4А100L4 с параметрами и скольжением [1,П1]
Действительную частоту вращения , вычисляют по формуле
(3)
Общее передаточное отношение привода , вычисляют по формуле
(4)
Принимают передаточное число для редуктора = 3. Тогда, для ременной передачи
(5)
Частоту вращения ведущего и ведомого валов , вычисляют по формуле
(6)
(7)
Угловую скорость ведущего и ведомого валов , вычисляют по формуле
, (8)
Вращающие моменты на ведущем и ведомом валах редуктора , вычисляют по формуле
(9)
(10)
1.2 Расчет зубчатых колес редуктора
Выбирают материалы со средними механическими характеристиками [1, табл.3.3]: для шестерни - сталь 45, термическая обработка - улучшение, твердость НВ 230; для колеса - сталь 45, термическая обработка - улучшение, но твердость на 30 единиц ниже - НВ 200.
Допускаемое контактное напряжение , вычисляют по формуле:
(11) где - предел контактной выносливости при базовом числе циклов.
По [1, табл. 3.2] для углеродистых сталей с твердостью поверхностей зубьев менее HB 350 и термической обработкой (улучшением)
;
KHL - коэффициент долговечности; при числе циклов нагружения больше базового, что имеет место при длительной эксплуатации редуктора, принимаем KHL = 1; [1, с.33] коэффициент безопасности [SH] = 1,10; [1,с.33].
Для косозубых колес расчетное допускаемое контактное напряжение для шестерни и колеса , вычисляют по формуле
(12)
.
Тогда расчетное допускаемое контактное напряжение
Требуемое условие выполнено.
Коэффициент , несмотря на симметричное расположение колес относительно опор, примем выше рекомендуемого для этого случая, так как со стороны ременной передачи действуют силы, вызывающие дополнительную деформацию ведомого вала и ухудшение контакт зубьев. Принимаем предварительно как в случае несимметричного расположения колес значение [1, табл. 3.1].
Принимают для косозубых колес коэффициент ширины венца по межосевому расстоянию [1, см. с. 36].
Межосевое расстояние , из условия контактной выносливости активных поверхностей зубьев, вычисляют по формуле
(13) где для косозубых колес Ka=43, а передаточное число нашего редуктора
Ближайшее значение межосевого расстояния по ГОСТ 2185-66 [1,см. с. 36].
Нормальный модуль зацепления , вычисляют по формуле
(14)
Принимаем по ГОСТ 9563-60 ; [1,c.36].
Определим число зубьев шестерни и колеса , вычисляют по формулам
(15)
Принимаем тогда число зубьев колеса вычисляют по формуле
(16)
Уточняем значение угла наклона зубьев:
(17)
Основные размеры шестерни и колеса , вычисляют по формуле
- диаметры делительные
, выполняют проверку
(18)
- диаметры вершин зубьев
(19)
(20)
- ширину колеса и шестерни , вычисляют по формуле
(21)
(22)
Коэффициент ширины шестерни , вычисляют по формуле
(23)
Окружную скорость колес , вычисляют по формуле
(24)
Принимают 8-ю степень точности; [1,c.32].
Коэффициент нагрузки KH, вычисляют по формуле
(25) где - коэффициент, зависящий от твердости зубьев
=1,06 [1, табл. 3.5];
- коэффициент для косозубых передач;
=1,09 [1, табл. 3.4];
- коэффициент, зависящий от скорости колес; =1 [1, табл. 3.6].
Проверка контактных напряжений
(26)
Условие выполнено.
Силы, действующие в зацеплении , вычисляют по формулам
(27)
(28)
1.3 Предварительный расчет валов редуктора
Предварительный расчет проводят на кручение по пониженным допускаемым напряжениям, .
Диаметр выходного конца ведущего вала , вычисляют по формуле
(29)
Принимают ;[1,c.162], диаметр ведущего вала под подшипниками . Шестерню выполняют за одно целое с валом, в соответствии с рисунком 1.
Рисунок 1 - Конструкция ведущего вала
Диаметр выходного конца ведомого вала , вычисляют по формуле
(30)
Принимают ;[1,c.162], диаметр вала под подшипниками , под зубчатым колесом , в соответствии с рисунком 2.
Рисунок 2 - Конструкция ведомого вала
1.4 Конструктивные размеры шестерни и колеса
Шестерню выполняем за одно целое с валом. Ее размеры определены выше: , , .
Колесо кованое [1,рис.10.2 и табл. 10.1]: , , .
Диаметр ступицы , вычисляют по формуле
(31)
Длину ступицы , вычисляют по формуле
(32)
Принимаем длину ступицы .
Толщину обода , вычисляют по формуле
(33)
Принимаем толщину обода .
Толщину диска , вычисляют по формуле
(34)
1.5 Конструктивные размеры корпуса редуктора
Толщину стенок корпуса и крышки , вычисляют по формулам
(35)
(36)
Принимают толщину стенок корпуса и крышки .
Толщину фланцев поясов корпуса и крышки , вычисляют по формулам
(37)
(38)
(39)
Принимают толщину нижнего пояса корпуса
Диаметры болтов фундаментных, крепящих крышку к корпусу у подшипников и соединяющих крышку с корпусом , вычисляют по формулам
(40)
(41)
(42)
Принимают болты с резьбой М16,М12,М10 [1, с.242, таблица 10.3].
1.6 Первый этап компоновки редуктора
Первый этап служит для приближенного определения зубчатых колес для последующего определения опорных реакций и подбора подшипников. Компоновочный чертеж выполнен в одной проекции - разрез по осям валов при снятой крышке редуктора. По середине листа параллельно его длинной стороне проводим горизонтальную осевую линию; затем две вертикальные линии - оси валов на расстоянии .
Вычерчиваем упрощенно шестерню и колесо в виде прямоугольников; шестерня выполнена за одно целое с валом; длина ступицы колеса выступает за пределы прямоугольник. Очерчиваем внутреннюю стенку корпуса: а) принимаем зазор между торцом шестерни и внутренней стенкой корпуса ; при наличии ступицы зазор берется от торца ступицы;
б) принимаем зазор от окружности вершин зубьев колеса до внутренней стенки корпуса ;
в) принимаем расстояние между наружным кольцом подшипника ведущего вала и внутренней стенкой корпуса , если диаметр окружности вершин зубьев шестерни окажется больше наружного, то расстояние надо брать от шестерни.
Предварительно намечаем радиальные шарикоподшипники легкой серии; габариты подшипников выбираем по диаметру вала в месте посадки подшипников .
Принимают для подшипников пластичный смазочный материал. Для предотвращения вытекания смазки внутрь корпуса и вымывания пластичного смазочного материала жидким маслом из зоны зацепления устанавливают мазе-удерживающие кольца. Их ширина определяет размер Измерением находим расстояния на ведущем валу и на ведомом . Примем окончательно
Ведущий вал. Из предыдущих расчетов имеем ; из первого этапа компоновки .
Реакции опор показаны на рисунке 3: - в плоскости xz
(43)
-в плоскости yz
(44)
(45)
Проверка: Суммарные реакции , вычисляют по формуле
(46)
(47)
Подбирают подшипники по любой из опор, они нагружены одинаково. Намечают радиальные шариковые подшипники легкой серии 205: Отношение ; этой величине (по таблице 9.18) соответствует е=0,35
Отношение ; x=0,56 и Y=1,88
Эквивалентную нагрузку, вычисляют по формуле
(48) где - коэффициент безопасности;
; [1, табл. 9.19];
- температурный коэффициент;
; [1, табл. 9.20];
- радиальная нагрузка;
(вращается внутреннее кольцо)
Рисунок 3 - Реакции опор
Расчетную долговечность , вычисляют по формуле
(49)
Расчетную долговечность , вычисляют по формуле
(50)
Для зубчатых редукторов ресурс работы подшипников может превышать 36000 часов, но не должен быть менее 10000 часов. Подшипники ведущего вала 205 имеют ресурс часов.
1.8 Проверка прочности шпоночных соединений
Принимают шпонку призматическую со скругленными торцами. Материал шпонки - сталь 45 нормализованная. Размеры сечений шпонок и пазов и длины шпонок - по ГОСТ 23360 - 78 [1, табл.8.9]. Допускаемое напряжение смятия при стальной ступице , при чугунной
Напряжения смятия и условие прочности , вычисляют по формуле
(51)
Ведущий вал: длина шпонки
Момент на ведущем валу . где - ширина и высота шпонки, мм;
[1,с.169].
- глубина паза, мм;
[1,табл. 8,9].
- длина шпонки, мм;
(52)
Условие выполнено.
1.9 Уточненный расчет ведущего вала
Уточненный расчет состоит в определении коэффициентов запаса прочности для опасных сечений и сравнении их с требуемыми (допускаемыми) значениями . Прочность соблюдена при условии .
Принимают, что нормальные напряжения от изгиба изменяются по симметричному циклу, а касательные от кручения - по отнулевому (пульсирующему).
Материал вала - сталь 45 улучшенная; , [1, табл. 3.3].
Производят расчет для предположительно опасных сечений ведущего вала.
Предел выносливости при симметричном цикле изгиба , вычисляют по формуле
(53)
Предел выносливости при симметричном цикле касательных напряжений, , вычисляют по формуле
(54)
Рассматривают сечение, при передаче вращающего момента от ременной передачи, рассчитывают на кручение.
Момент сопротивления , вычисляют по формуле
(55)
Амплитуду и среднее напряжение от нулевого цикла , вычисляют по формуле
(56)
Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям , вычисляют по формуле
(57) где - коэффициент концентрации касательных напряжений;
; [1, табл. 8.5];
- масштабный фактор для касательных напряжений;
; [1, табл. 8.8];
- коэффициент для конструкционных сталей;
; [1, с.166].
ГОСТ 16162 - 78 указывает на то, чтобы конструкция редукторов предусматривала возможность восприятия радиальной консольной нагрузки, приложенной в середине посадочной части вала. Величина этой нагрузки для зубчатых редукторов должна быть при < < .
Изгибающий момент в сечении от консольной нагрузки
(58)
Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям , вычисляют по формуле
(59) где - коэффициент концентрации нормальных напряжений;
; [1, табл.8.5];
- масштабный фактор для нормальных напряжений;
; [1, табл. 8.8];
- амплитуда цикла нормальных напряжений;
.
Результирующий коэффициент запаса прочности , для сечения вычисляют по формуле
(60)
Результирующий коэффициент запаса прочности , получился близким к коэффициенту запаса 6,74 и 6,8.
Расхождения свидетельствуют о том, что консольные участки валов, рассчитанные по крутящему моменту, оказываются прочными и что учет консольной нагрузки не вносит существенных изменений.
1.10 Выбор сорта масла
Смазывание зубчатого зацепления производят окунанием зубчатого колеса в масло, заливаемое внутрь корпуса до погружения на всю длину зуба.
Объем масляной ванны , вычисляют по формуле
(61)
Принимают вязкость масла равную ; [1, табл. 10.8].
Подшипники смазываются пластичным смазочным материалом, закладываемым в подшипниковые камеры при монтаже.
Камеры подшипников заполняют пластичным смазочным материалом УТ-1, [1, табл. 9.14], периодически пополняя его шприцом через пресс-масленки. вал редуктор привод
2. Энергоресурсосбережение
Курсовое проектирование начинаем с выбора электродвигателя, при этом необходимо учитывать, что электродвигатель с меньшим числом оборотов имеет большие габариты и массу, предпочтительнее применять двигатель с большим числом оборотов.
Использование редукторов с невысокой мощностью приводит к меньшему потреблению электроэнергии.
Оптимальные смазки для узлов трения (подшипников качения и зубчатого зацепления) позволяют максимально снизить потери энергии на преодоление сил трения.
В экономии энергоресурсов важную роль играет и эксплуатация редукторов, то есть правильное и современное проведение технического обслуживания, регулировка подшипников, зубчатых зацеплений, подтяжка деталей и узлов и периодическая замена смазки.
В сочетании правильного выбора электродвигателя, материалов деталей, смазочных материалов, станочного оборудования и правильная эксплуатация позволяет снизить затраты электроэнергии и ресурсов при проектировании и изготовлении, а также при использовании редуктора.
Условный объем редуктора V, м3, вычисляют по формуле
0,476·0,186·0,364=0,032 м3 (62) где L - длина редуктора, м;
L=0,476 м;
B - ширина редуктора, м;
B=0,186 м;
H - высота редуктора, м;
H=0,364 м
Массу редуктора m, кг, вычисляют по формуле
0,42 · 7300 · 0,032 = 98 кг (62) где ? - коэффициент заполнения;
?=0,42; [2, с. 52, рисунок П5];
? - плотность чугуна;
?= 7300 кг/м3.
Критерий энергосберегательного уровня ?, кг/Н?м, вычисляют по формуле
(63)
Таблица 2 - Технический уровень редуктора
Тип редуктора Масса, m, кг Момент Т2 Н.м Критерий, ? Вывод
Цилиндрический 98 336 0,4 Низкий
Вывод
На многих современных предприятиях используется большое разнообразие приспособлений, линий, конвейеров. Их скорости, необходимые для выполнения определенных технологических операций почти всегда не соответствуют каким-либо параметрам стандартных редукторов. Для того чтобы избавится от таких проблем, для каждого приспособления проектируется соответственный привод.
На современном этапе для решения таких задач введены требования и новые принципы подхода к точности изготовления деталей, установлено понятие технический уровень и регламентированы его значения.
В данном курсовом проекте выполненный редуктор соответствует современным требованиям к редукторам и имеет высокий технический уровень. Его производство экономически выгодно и целесообразно.
Для решения данной проблемы необходимо было решить ряд вопросов по уменьшению массы деталей, из которых состоит редуктор, выбор более рациональных и современных стандартных деталей для сборки редуктора, имеющих меньший вес и лучшие технические характеристики, влияющие на работу редуктора и его долговечность.
При выполнении курсового проекта были закреплены и систематизированы знания, расчетно-графические навыки. Объектом данного курсового проекта является привод механизма общего вида и назначения, включающий двигатель, редуктор. Были изучены методы расчета и выбора элементов привода, получены навыки проектирования позволяющие обеспечить необходимый технический уровень, надежность и долговечность механизмов. Основные требования предъявляемые к создаваемой машине: высокая производительность;
надежность;
технологичность;
минимальные габариты и масса;
удобство в эксплуатации и экономичность.
Список литературы
1. Чернавский, С.А., Боков К.Н., Чернин И.М. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. Пособие для учащихся машиностроительных специальностей техникумов 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1987. - 416 с.
