Детали машин. 2
Содержание:
Введение…………………………………………………………
1 Кинематический и
силовой расчёт………………………………….……
- Схема привода…………………………………………………….……
……….6 - Выбор электродвигателя……………………………………
………………….7 - Определение требуемой мощности электродвигателя…………………….…7
- Определение требуемой частоты вращения вала…………………….....……7
1.2.3 Выбор электродвигателя……………………
- Определение передаточных отношений отдельных передач………………..8
- Кинематический и силовой расчёт………………………………………….…8
- Определение мощностей на валах……………………………..………….….8
- Частота вращения валов привода…………………………………..…….…..9
- Скорость вращения валов…………………………………………..………...9
- Моменты……………………………………………………………
…..……..9 - Порядок расчёта цилиндрической зубчатой передачи………………………….11
- Схема передачи; исходные данные; цель расчёта…………………………..…11
- Критерий работоспособности и расчёта передачи………………………..…...11
- Выбор материалов зубчатых колёс……………………………………..………12
2.4 Расчёт допускаемых
напряжений……………………………………….……..
2.4.1 Расчёт допускаемых
контактных напряжений………………………
2.4.2 Расчёт допускаемых
изгибных напряжений………………………….
2.4.3 Расчёт допускаемых предельных напряжений………………………..……..14
2.5 Ориентировочный расчёт передачи……………………………………………15
2.6 Расчёт передач косозубыми цилиндрическими колёсами по контактным
напряжениям………………………………………………
2.7 Определение геометрических размеров передачи………………………..… 20
2.8 Проверочные
расчёты передач………………………………………
2.8.1 Определение окружной
скорости…………………………………….……....
2.8.2 Проверочный расчёт по
2.8.3 Проверочный расчёт по
2.9 Итоговая таблица параметров ………….……………………….……..………22
2.10 Расчет цепной передачи …………………………………………...……….…23
4 Предварительный расчёт валов……………………………………………..……26
4.1 Быстроходный (входной) вал 1……………………………………………..…..26
4.2 Промежуточный вал 2-3…………………………………………………..….…26
4.3 Выходной вал 4……………………………………………………………..……27
5 Подбор и проверка шпонок………………………………………………….……27
6 Выбор и проверка муфты…………………………………………………….…...
7 Выбор типа подшипников и проверочный расчет подшипников………………30
7.1 Подбор подшипников…………………………………………………
7.2 Проверка долговечности подшипников………………………………………..32
8 Конструктивные размеры корпуса редуктора…………………………..……....35
9 Уточнённый расчёт вала………………………………………………...………..
10 Выбор смазки…………..……….………………………………….
11 Подбор посадок и допусков……………………………………………..….. …..41
12 Сборка и регулировка редуктора……………………………………………….42
Список использованных источников ……………………………………….……..44
ВВЕДЕНИЕ
Согласно задания требуется разработать привод мешалки кормов, состоящей из электродвигателя, двухступенчатого цилиндрического зубчатого редуктора и цепной передачи.
Требуется выбрать электродвигатель, рассчитать зубчатые и цепную передачи, спроектировать и проверить пригодность шпоночных соединений, подшипников, разработать общий вид редуктора, разработать рабочие чертежи деталей: корпуса редуктора, промежуточного вала, зубчатого колеса быстроходной ступени, крышек подшипников.
Электродвигатель выбирается исходя из потребной мощности и частоте вращения. Зубчатые передачи рассчитывается по условиям контактной и изгибной выносливости зубьев, проверяется на статическую прочность. Валы проектируются из условия статической прочности (ориентировочный расчет) и проверяются на выносливость по коэффициенту запаса прочности. Параметры цепной передачи принимаются по результатам расчета на тяговую способность.
Шпоночные соединения проверяются на смятие и размеры принимаются в зависимости от диаметра соответствующего участка вала. Пригодность подшипников оценивается долговечностью по динамической грузоподъёмности. Типовой размер муфты определяется исходя из передаваемого момента, частоты вращения соединяемых валов и условий эксплуатации.
Форма и размеры деталей редуктора и рамы привода определяются конструктивными и технологическими соображениями, а также выбором материалов и заготовок.
При расчёте и проектировании ставится цель получить компактную, экономичную и эстетичную конструкцию, что может быть достигнуто использованием рациональных материалов для деталей передач, оптимальным подбором передаточного числа передач, использованием современных конструктивных решений, стандартных узлов и деталей при проектировании привода.
1 КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И СИЛОВОЙ РАСЧЁТ
1.1Схема привода
Рисунок 1.1 – Расчетная схема привода
1.2 Выбор электродвигателя
1.2.1 Определение требуемой мощности электродвигателя
Р’эд = Рвых / hобщ ,
где hобщ – общий КПД привода;
Рвых – мощность на выходном валу привода, кВт.
h12– КПД передачи 1-2;
h34– КПД передачи 3-4;
hц – КПД цепной передачи;
hп – КПД пар подшипников;
hм – КПД муфты;
hобщ = 0.97 ×0.97 × 0.98 × 0.93 × 0.994= 0.82
Рвых= М×ω , где М – крутящий момент на звёздочке, Н ;
ω – угловая частота вращения цепи конвейера, рад/с;
рад/с.
Рвых = 1200 × 2,62= 3144 Вт.
Р’эд = Вт.
1.2.2Определение требуемой частоты вращения вала
nэ.тр = nвых×i12×i34×i56 где, i12 – передаточное отношение передачи 1-2
i34 – передаточное отношение передачи 3-4; i56 - передаточное отношение передачи 5-6;
nвых – требуемая частота вращения на выходе привода
об/мин по условию проекта.
nэ.тр= 25*5,6*4,3*2,5=1500 об/мин
1.2.3 Выбор электродвигателя
На основании выполненных
nэд≈ n’эд,
Рэд ≥Р’эд
Выбираем электродвигатель RAM112М4/1420
Р = 4 кВт , n = 1420 об/мин , d = 28 мм , Тпуск /Тном = 2,2
Рисунок 1.2 – Эскиз электродвигателя
- Определение передаточных отношений отдельных передач
Общее передаточное отношение равно:
i16= nэл.дв / nвых = 1420/25 = 56,8
iред = i12 * i34 = 5,6 *4,3 =24,08
i34 = iред =
i12= iред / i34 = 24/4,41 = 5,44
i56= i16 / iред = 56,8/24 = 2,37
где i12, i34– номинальные передаточные отношения
- Кинематический и силовой расчёт
1.4.1 Определение мощностей на валах
P1=P’эд ×hм×h12
Р1 = 3834 ×0,98×0,97 = 3645 Вт
Р3 = Р1×h23×hп
Р3 = 3645×0,97×0,99 = 3450 кВт
Р6 = Р56×h56×hп
Р6 = 3450 ×0,93×0,99 = 3222 кВт
где Р1, Р3, Р6– мощности на соответствующих валах.
, что приблизительно
1.4.2 Частота вращения валов привода
n1 = nэд
n1 = 1420об/мин
n23 = n1/i12
n23 = 1420/5,44 = 261 об/мин
n45 = n23/i34
n45 = 261 /4,41 = 59,2 об/мин
n56 = n45/i45
n6 = 59,2 /2,37 = 24,97 об/мин
- Скорость вращения валов
w = p×n / 30
w1 = 3.14 × 1420 / 30 = 148,63 рад/с
w23 = 3.14 × 261/ 30 = 27,32 рад/с
w4 5= 3.14 × 59,2 / 30 = 6,2 рад/с
w6= 3.14 × 24,97 / 30 = 2,61 рад/с
1.4.4 Крутящие моменты на валах
Т = Р/w
Т1 = 3834/148,63 = 25,8 Н×м,
Т23 = 3645/27,32 = 133,4 Н×м
Т45 = 3450/6,2 = 556,5 Н×м
Т6 = 3222/2,61 = 1234,5 Н×м
Результаты кинематического и силового расчёта:
Таблица 1.1
Передача |
Передаточ ное Отношение, U |
Вал |
Частота вращения n, об/мин |
Угловая скорость w, рад/с |
МоментТ, Н·м |
1 - 2 |
5,44 |
1 |
1420 |
148,63 |
25,8 |
2-3 |
261 |
27,32 |
133,4 | ||
3 - 4 |
4,41 | ||||
4-5 |
59,2 |
6,2 |
556,5 | ||
5 - 6 |
2,37 |
6 |
24,97 |
2,61 |
1234,5 |
2. РАСЧЁТ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ
2.1 исходные данные; цель расчёта
Исходные данные (Таблица 1.1): Т1 = 25,8 Н*м; Т23 = 133,4 Н*м;
Т45 = 556,5 Н*м; w1 = 148,63 об/мин; w23 = 27,32 об/мин; w45 = 6,2 об/мин.
Цель расчёта:
- Выбор материала зубчатых колёс
- Определение основных параметров и размеров зубчатых венцов
- Назначение степени точности зубчатых колёс
- Критерий работоспособности и расчёта передачи
Зубчатые передачи выходят из строя в основном по причине:
- Усталостного выкрашивания рабочих поверхностей зубьев
- По причине усталостной поломки зуба
- Возможны статические поломки
Если передача закрытая (работает в редукторе), с не очень высокой твёрдостью рабочих поверхностей зубьев HRC < 45 HRC, то наиболее вероятной причиной выхода передачи из строя будет усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев, и основной (проектный) расчёт следует вести из условия ограничения контактных напряжений.
sН < [sН]
А если передача открытая или закрытая, но с высокой твёрдостью рабочих поверхностей зубьев HRC > 55, то наиболее вероятной причиной выхода из строя следует считать усталостную поломку зубьев, и основной (проектный) расчёт следует вести из условия ограничения напряжений у ножки зуба (изгибных напряжений).
sF < [sF]
Во всех случаях необходима проверка на статическую прочность.
2.3 Выбор материалов зубчатых колёс
Таблица 2.1
Звено |
Марка |
Dзаг, мм |
ТО |
Твёрдость |
Средняя твердость |
sт, МПа | |
Сердцевина |
пов-сть | ||||||
Шестерня1, 3 |
Сталь 40Х |
до 125 |
Улучшение + ТВЧ |
269..302 |
269..302 |
47,5HRC |
750 |
Колесо 2, 4 |
Сталь 40Х |
до 125 |
Улучшение |
235..262 |
235..262 |
285,5HB |
750 |
2.4 Расчёт допускаемых напряжений
2.4.1 Расчёт допускаемых контактных напряжений
[s]H = 0.9 × sH lim / SH,
где SH - коэф. безопасности (SH=1.1);
sH lim - предел контактной выносливости зубьев, соответствующий эквивалентному числу циклов перемены напряжений, Н/мм2;
sH lim =sH lim B × KHL,
где sH lim в - предел контактной выносливости поверхности зубьев, соответствующий базовому числу циклов перемены напряжений, Н/ мм2;
KHL - коэффициент долговечности.
KHL = ,
где NHO – базовое число циклов перемены напряжений;
NHЕ – эквивалентное число циклов перемены напряжений.
sH lim 1,3=17×ННRC +200= 17×47,5+200 = 1007,5 Мпа
sH lim B 2,4= 2×ННВ +70= 2×285,5 + 70 = 641 МПа
NHO = 30 HB 2.4
NHO24 = 30 × 285 2.4 = 69957017,82
NHE = 60 × n × c × tS × ,
где с – число вхождений зацепления зуба за 1 оборот (с=1);
где tS - суммарное время работы передачи:
tS = Zгод × 365 × Кгод ×24 · Ксут,
где Zгод – срок службы передачи;
Кгод – коэффициент годового использования;
Ксут – коэффициент суточного использования;
tS = 7 × 365 × 0,8 × 24 · 0,3 = 14716,8 часов
NHE 2 = 60 × 261 × 1× 14716,8 × (13×0,3 + 0,53×0,65) = 87864815
NHE 4 = 60 × 59,2 × 1× 14716,8 × (13×0,3 + 0,53×0,65) = 19929491
KHL24 =
Таким образом принимаем KHL=1
[s]H 13 = Мпа
[s]H 24 = МПа
Для косозубых передач в качестве расчётного принимается:
[s]H12 = 0,45× ([s]H13 +[s]H24) = 0,45(524,4+755,62) = 587,3 МПа
2.4.2 Определение допускаемых
значений напряжений при
где, sF lim - предел выносливости при изгибе, соответствующий эквивалентному числу циклов нагружений;
SF – коэффициент безопасности (SF=1,7..2,2);
SF=1,75 табл. 4.2 [2]
sF lim =s0F lim . KFL
где, s0F lim - предел выносливости зубьев при изгибе, соответствующий базовому числу циклов изменения напряжений [H/мм2];
KFL - коэффициент долговечности;
s0F lim 24 = 1.8 ННВ табл. 4.2 [2]
s0F lim 24 = 1.8 × 285,5 = 513,9 МПа
s0F lim 13 = 600 МПа
KFL = ,
где, NFO – базовое число циклов перемены напряжений;
NFO = 4 . 106
NFЕ – эквивалентное число циклов перемены напряжений.
NFE = 60 × n × c × tS × ;
Для зубчатых колёс с твёрдостью Н £ НВ350 принимаем mf = 9.
NFE = 60 × 1420 × 1 × 14716,8 × (19×0,3 + 1,49×0,65) = 1191177792
Таким образом принимаем KFL=1;
sF lim 1,3 = 600 . 1 = 600 МПа
sF lim 2,4 = 513,9 . 1 = 513,9 Мпа
МПа МПа
2.4.3 Расчёт допускаемых предельных напряжений.
где sТ - предел текучести материала при растяжении.
МПа
МПа,
примем МПа.
где, s F lim M – предельное значение напряжения, не вызывающее остаточных деформаций или хрупкого износа зуба;
SFM – коэффициент безопасности;
sF lim М = 4,8HB
SFM13 = 1,75 ; SFM24 = 1,1
sF lim 1,3 = 2500 МПа
sF lim 2,4 = 4,8 . 285,5 = 1370,4 МПа
МПа МПа
- Проектный расчёт прямозубой цилиндрической передачи 3-4
Определение межосевого расстояния.
где - межосевое расстояние передачи;
i12 – передаточное отношение передачи;
Т23 – крутящий момент на колесе;
КН - коэффициент нагрузки;
yа – коэффициент ширины зубчатого венца;
Принимаем yа = 0.4,
тогда ybd =(0,15…0,2) × (u34 + 1) = 6,44×0,153 = 0,985
Определение коэффициентов КНb, КFb
Зависят от:
- скорости передачи
- твёрдости
- относительной ширины зубчатого венцах
Коэффициенты нагрузки находятся по следующим зависимостям:
при расчёте на контактную выносливость: КН = КНb × КНV
при расчёте на изгибную выносливость: КF = КFb × КFV,
где КНb, КFb - коэффициенты, учитывающие неравномерность распределения нагрузки по длине зуба при расчёте по контактным и изгибным напряжениям соответственно;
КНV, КFV – динамические коэффициенты при расчёте по контактным и изгибным напряжениям соответственно.
По графическим зависимостям и по заданной схеме закрепления зубчатых колёс находим значения коэффициентов:
КНb = 1,08
КFb = 1,17
Определяем динамические коэффициенты КV:
Для цилиндрических передач скорость в зацеплении определяется по:
,
где nШ – частота вращения шестерни рассчитываемой пары колёс
СV – вспомогательный коэффициент
ТК – момент на колесе рассчитываемой пары
Т = Т23
СV = 1600 м/с
Назначаем степень точности 8
Определяем коэффициенты КНV и КFV
КНV = 1,04
КFV = 1,11
Таким образом:
КН = 1,08 × 1,04 = 1.123
КF = 1,17 × 1.11 = 1.3
мм
принимаем мм.
Модуль зацепления определяется из эмпирического соотношения:
m34 = 0.01 × 140= 1,4 мм.
принимаем m34 =1,75;
Найдём суммарное число зубьев:
где, b - угол наклона зубьев на делительном цилиндре. По условию проекта тихоходная ступень прямозубая, следовательно b = 0°.
Принимаем = 160
Число зубьев шестерни: принимаем
Число зубьев на колесе:
Уточним передаточное отношение передачи:
;
Определим ширину зубчатого венца колеса: мм
Для снижения влияний погрешностей монтажа на величину поля зацепления ширина шестерён принимается на 5 мм больше:
мм
Определим диаметры делительных окружностей:
мм
мм
Проверка межосевого расстояния: мм
Определим диаметры окружностей вершин:
da3 = d3 + 2m = 52,5 + 2× 1,75 = 56 мм
da4 = d4 + 2m = 227,5 + 2× 1,75 = 231 мм
Определим диаметры окружностей впадин:
df3 = d3 – 2.5m = 52,5 – 2,5×1,75 = 48,125 мм
df4 = d4 – 2.5m = 227,5 – 2,5×1,75 = 223,125 мм
Проверочные расчёты
Проверочный расчёт по напряжениям изгиба:
YF3 = 3,85; YF4 = 3,75 табл. 2.10. [2]
МПа < 342,85 МПа
МПа < 293,65МПа
Силы, действующие в зацеплении
Окружная сила: H
Радиальная сила: H
Осевая сила: Н
Итоговая таблица параметров
Таблица 2.2
Рассчитываемый параметр |
Обозначение |
Размерность |
Численное значение |
1. Межосевое расстояние |
A34 |
мм |
140 |
2. Число зубьев шестерни |
Z3 |
мм |
30 |
3. Число зубьев колеса |
Z4 |
мм |
130 |
4. Модуль зацепления |
m |
мм |
1,75 |
5. Диаметр делительной окружности шестерни |
d3 |
мм |
52,5 |
6. Диаметр делительной окружности колеса |
d4 |
мм |
227,5 |
7. Диаметр окружности выступов шестерни |
da3 |
мм |
56 |
8. Диаметр окружности выступов колеса |
da4 |
мм |
231 |
9. Диаметр окружности впадин шестерни |
df3 |
мм |
48,125 |
10. Диаметр окружности впадин колеса |
df4 |
мм |
223,125 |
11. Ширина зубчатого венца шестерни |
b3 |
мм |
61 |
12. Ширина зубчатого венца колеса |
b4 |
мм |
56 |
13. Степень точности передачи |
- |
- |
8 |
14. Окружная сила в зацеплении |
Ft |
Н |
4892,3 |
15. Радиальная сила в зацеплении |
Fr |
Н |
1780,7 |
16. Осевая сила в зацеплении |
Fa |
Н |
0 |
2.6 Проектный расчёт косозубой цилиндрической передачи 1-2
принимаем мм.
Модуль передачи
m = (0.01…0.02) × a12
m34 = (0.01…0.02) × 148 = 1,48…1,52 мм
принимаем m12 = 1,5 мм табл. 6.2 [2]
Определение числа зубьев зубчатых колёс
Определим
суммарное число зубьев:
Определим число зубьев шестерни: принимаем = 28
Число зубьев на колесе:
Уточняем передаточное отношение:
Определим ширину зубчатого венца колеса:
Для снижения влияний погрешностей монтажа на величину поля зацепления ширина шестерён принимается на 5 мм больше:
Уточним угол наклона зуба:
Минимальное значение угла b ограничивается условием:
Определим диаметры делительных окружностей:
мм
мм
Проверка межосевого расстояния: мм
Определим диаметры окружностей вершин:
da1 = d1 + 2m = 42,84+ 2× 1,5 = 45,84 мм
da2 = d2 + 2m = 237,16 + 2× 1,5 = 240,16 мм
Определим диаметры окружностей впадин:
df1 = d1 – 2.5m = 42,84 – 2,5×1,5 = 39,09 мм
df2 = d2 – 2.5m = 237,16 – 2,5×1,5 = 233,41 мм
Проверочные расчёты
Проверочный расчёт по напряжениям изгиба:
YF1 = 3,85; YF2 = 3,75 табл. 2.10. [2]
МПа < 342,85 МПа
МПа < 293,65МПа
Силы, действующие в зацеплении
Окружная сила: H
Радиальная сила: H
Осевая сила: Н
Итоговая таблица параметров
Таблица 2.3
Рассчитываемый параметр |
Обозначение |
Размерность |
Численное значение | |
1. Межосевое расстояние |
a12 |
мм |
140 | |
2. Число зубьев шестерни |
Z1 |
мм |
28 | |
3. Число зубьев колеса |
Z2 |
мм |
155 | |
4. Модуль зацепления |
m |
мм |
1,5 | |
5. Диаметр делительной окружности шестерни |
d1 |
мм |
42,84 | |
6. Диаметр делительной окружности колеса |
d2 |
мм |
237,16 | |
7. Диаметр окружности выступов шестерни |
da1 |
мм |
45,84 | |
8. Диаметр окружности выступов колеса |
da2 |
мм |
240,16 | |
9. Диаметр окружности впадин шестерни |
df1 |
мм |
39,09 | |
10. Диаметр окружности впадин колеса |
df2 |
мм |
233,41 | |
11. Ширина зубчатого венца шестерни |
b1 |
мм |
40 | |
12. Ширина зубчатого венца колеса |
b2 |
мм |
35 | |
13. Степень точности передачи |
- |
- |
8 | |
14. Окружная сила в зацеплении |
Ft |
Н |
1125 | |
15. Радиальная сила в зацеплении |
Fr |
Н |
417,7 | |
16. Осевая сила в зацеплении |
Fa |
Н |
226,2 | |
3 РАСЧЁТ ЦЕПНОЙ ПЕРЕДАЧИ
3.1 Исходные данные
- Вращающий
момент на валу ведущей
- Передаточное отношение
- Частота вращения ведущей звёздочки
- Положение цепи – угол наклона к горизонту 80 градусов;
- Смазывание и регулирование цепи- периодическое.
3.2 Число зубьев ведущей (малой) звёздочки [1, стр. 281]; принимаем
Число зубьев ведомой звездочки ; принимаем
3.2.1 Допускаемое давление в шарнирах цепи (ориентировочное)
Для цепей приводных роликовых по нормам DIN 8195 допускаемые давления находятся в зависимости от скорости [1. стр. 283]. Она пока неизвестна и предварительно принимаем, что тогда
4.3 Коэффициент эксплуатации передачи.
где коэффициент, учитывающий характер изменения нагрузки;
-коэффициент, учитывающий влияние межосевого расстояния,
при ;
- коэффициент, учитывающий влияние угла наклона передачи к горизонту, свыше ;
- коэффициент, учитывающий
- коэффициент, учитывающий способ смазки. Периодическая: ;
- коэффициент, учитывающий число силы работы; при (по заданию на проект) - 1.
3.4 Шаг цепи (однородной)
Принимаем цепь ПР-50,8-227 ГОСТ 13568-75, имеющую шаг разрушающую нагрузку , масса цепи (1м)-9,7 кг; проекция площади шарнира
3.5 Скорость цепи
м/с
Скорости цепи оказалось
близкой к ориентировочной
Предварительное межосевое растояние:
мм
Число звеньев в цепи:
мм
Уточненое межосевое растояние:
3.6 Среднее давление в шарнирах цепи
Н/м,
где -окружное усилие.
3.7 Геометрические параметры передачи
Делительные диаметры
ведущей звёздочки мм
ведомой мм
Диаметры окружностей выступов
Ведущей звёздочки мм
Ведомой звёздочки мм
Ширина зубчатого венца звёздочек мм
3.8 Расчётная нагрузка на валы цепной передачи Н
4 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЁТ ВАЛОВ
По величине крутящего момента на валу и, используя формулы, найдём номинальные диаметры валов.
4.1 Быстроходный (входной) вал 1
, мм принимаем d = 25 мм (согласовав с электродвигателем и муфтой); хвостовик конический (М16´1, 5).
