Кинематический и силовой расчет привода. 3
Содержание
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 Кинематический
и силовой расчет привода………………
2 Расчет
цепной передачи ……………………………………
3 Расчет зубчатых передач
3.1 Расчет
быстроходной ступени…………………………
3.2 Расчет
тихоходной ступени………………………………
4 Расчет валов
4.1 Расчет
тихоходного вала……………………………………
4.2 Расчет
промежуточного вала……………………………
4.3 Расчет
быстроходного вала………………………………
5 Проверка подшипников
5.1 Проверка
подшипников тихоходного вала……
5.2 Проверка
подшипников промежуточного
5.3 Проверка
подшипников быстроходного
6 Проверка
шпоночных соединений ………………………
7 Смазка
редуктора………………………………………………………
8.Подбор
и проверка муфт………………………………………
9. Расчет приводного вала……………………………………………………...31
10. Сборка
редуктора………………………………………………………
11 Экономическое
обоснование принятых
12 Литература……………………………………………………
Приложения
А4 Спецификации.
Введение
Выполнение курсового проекта по деталям машин способствует закреплению и углублению знаний, полученных при изучении общетехнических дисциплин: теоретической механики, теории машин и механизмов, сопротивление материалов, деталей машин, технологии металлов, черчения, метрологии.
Тематика курсового проектирования имеет вид комплексной инженерной задачи, включающей кинематические и силовые расчёты, выбор материалов и расчёты на прочность, вопросы конструирования и выполнение конструкторской документации в виде габаритных, сборочных и рабочих чертежей, а также составление спецификации.
Этим
требованиям отвечают такие объекты
проектирования, как приводы машин
и механизмов технологического, испытательного
и транспортирующего
При конструировании задача состоит в создании машин, отвечающих потребностям производства, дающих наибольший экономический эффект и обладающими высокими технико-экономическими характеристиками.
Основные
требования, предъявляемые к
1 Кинематический и силовой расчет привода
Исходные данные для расчета:
Ft – тяговое усилие цепи конвейера, F = 10,5 кН;
V – скорость движения цепи , V = 0,24 м/с;
t – шаг , t = 160 мм;
α – коэффициент,
учитывающий распределение
Z – число зубьев, Z =8;
1.1 Определяем необходимую мощность привода по формуле (1.18)
кВт
1.2 Определяем мощность двигателя с учетом потерь кинематической цепи привода по формуле (1.19)
где - общий КПД привода ; ,
где - КПД цепной передачи из табл. 1.2 принимаем = 0,93.
- КПД подшипника , = 0.99
- КПД цилиндрической передачи, = 0,98
Тогда
Тогда кВт
1.3 Определяем по формуле (1.21) необходимую частоту вращения вала электродвигателя.
,
где - частота вращения приводного вала мин-1
- передаточное число привода
По формуле (1.22) мин-1;
Таким образом мин-1;
Из таблицы (1.3) выбираем электродвигатель 112МВ8 у которого:
мощность Pэл = 3 кВт;
обороты nэл = 709 мин-1
1.4 Уточняем передаточное число привода т.е. находим практическое с учетом стандартного двигателя.
Отсюда - передаточное число редуктора
1.5 Проводим разбивку Uр по ступеням.
Передаточное число
- вспомогательный коэффициент
, что меньше Umax полученной по табл. 1.1.
Передаточное число тихоходной цилиндрической ступени:
, что удовлетворяет требованием табл. 1.1
1.6 Находим крутящие моменты на валах и частоты их вращения по формулам (1.28)…(1.30):
1.6.1 Найдем Dзв (диаметр тяговой звездочки) для определения крутящего момента на выходном валу:
м.
1.6.2 Крутящие моменты на валах:
Н*м
Н*м
Н*м
Н*м
1.6.3 Частоты вращения валов:
мин-1
мин-1
мин-1
мин-1
1.7 Заполняем таблицу 1.4
Вал |
Т, Н*м |
n, мин-1 |
|
1 |
50 |
709 |
2 |
318 |
107 |
3 |
988 |
33,6 |
4 |
2730 |
11,25 |
2 Расчет цепной передачи
Исходные данные для расчета:
n1 =33,6 мин-1 – обороты на валу ведущей звездочки;
кВт – мощность на ведущей звездочке;
U = 3-4– передаточное число цепной передачи;
Расположение линии центров передачи под углом 45о к горизонту;
2.1 Согласно методике расчета принимаем для U = 3 ; Z1=25 .
2.1.1 По формуле Z2=Z1U=25*3 = 75;
2.1.2 По формуле (2.11) предварительно находим .
2.2 Определяем расчетную мощность Pp по формуле (2.12) , принимая из табл. 2.5 :
где, Kд =1 – коэффициент динамичности нагрузки;
Kа =1 – коэффициент межосевого расстояния;
Kн =1 – коэффициент наклона линии центров звездочек передачи к горизонту;
Kрег =1,1 – коэффициент способа регулировки натяжения;
Kс =0,8 – коэффициент смазки и загрязнения передачи;
Kреж = 1 – коэффициент режима или продолжительности работы передачи в течение суток;
2.3 По формуле (2.13) - коэфф. числа зубьев;
2.4 По формуле (2.14), принимая = 50 мин-1,
- коэффициент частоты вращения;
кВт;
2.5 По табл. 2.6 для принятого = 50 мин-1 и Pp=3.6 кВт назначаем однорядную цепь ПР-19,05-32 , ГОСТ 13568-97, у которой шаг t=19,05 мм.
При этом мм.
2.6.1 Определяем длину цепи Lt по формуле (2,16):
2.6.2 Округляем до целого четного числа Lt=132.
2.7 Уточняем межосевое расстояние (мм) по формуле (2,17):
2.8 Фактическое межосевое расстояние находим по формуле (2,18): мм;
2.9 Диаметры делительных окружностей звездочек находим по формуле (2.19):
мм ; мм ;
2.10 Среднюю окружную скорость цепи рассчитываем по формуле (2,20):
м/с.
2.11 Полезную нагрузку определяем по формуле (2,21):
2.12 Натяжения от силы провисания F0 и центробежной силы Fц вычисляем по формулам (2,22) и (2,23), коэффициенте и погонной массе 1,9 кг/м:
Н – сила тяжести;
Н – центробежная сила;
2.13Натяжение ведущей F1 и F2 ветвей цепи находим по формуле (2,24):
Н;
Н;
2.14Проверяем цепь на разрыв по формуле (2,25), Fp=64 кН:
;
Цепь удовлетворяет условию прочности.
2.15 Нагрузку на вал от цепной передачи определяем по формуле (2,26):
Н.
3 Расчет зубчатых передач
3.1 Расчет тихоходной ступени
Исходные данные для расчета:
T3=988 Н*м – крутящий момент на колесе;
n3=33,6 мин-1 – частота вращения колеса;
U = 3,2 – передаточное число;
Выбор материала зубчатых колес.
Из таблицы 3.1 выбираем материал зубчатых колес сталь 35ХМ ГОСТ'4543-71* с сочетанием термообработок: шестерня – улучшение 269….302НВ, колесо – улучшение 235….262НВ,σТ=750МПа
3.1.2 Допускаемые напряжения определяем по таблице 3.2
Для шестерни:
Для колеса:
3.1.3 Срок службы передачи (ч) при 5 годах работы:
ч.
3.1.4 Проектировочный расчет на контактную выносливость.
Ориентировочное значение межосевого расстояния(мм) определяется по формуле:
,
где Ка – вспомогательный коэффициент, для косозубых передач Ка=430;
TНЕ2 – эквивалентный момент на колесе, Нм;
КНβ – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине контактных линий;
- относительная ширина колеса;
- допускаемое контактное
;
Где Т2 – наибольший из длительно действующих на колесе крутящих моментов по циклограмме;
Т2i – крутящий момент, соответствующий i-й ступени циклограммы;
Ni – число циклов напряжений, соответствующее i-й ступени циклограммы;
Nk – общее число циклов напряжений, соответствующее заданному сроку службы.
Коэффициент КНβ принимают в зависимости от параметра ψbd и схемы расположения зубчатой передачи в редукторе.
;
Где ψba зависит от положения колес относительно опор, ψba=0,25;
;
КНβ = 1,02.
;
Вычисленное межосевое расстояние округляем в ближайшую сторону до стандартного. мм.
3.1.5 Предварительный размер колес:
ширина колеса:
ширина шестерни: .
3.1.6 Модуль передачи. Ориентировочно значение модуля для косозубых передач зависит от твердости зубьев: мм.
3.1.7 Угол наклона и число зубьев.
.
Суммарное число зубьев. .
Уточняем угол наклона зубьев:
Число зубьев шестерни:
Число зубьев колеса: .
Фактическое передаточное число .
3.1.8 Основные размеры зубчатых колес, мм.
Делительные диаметры:
Проверка:
Диаметры окружностей вершин зубьев:
Диаметры окружностей впадин зубьев:
Силы в зацеплении, H
Окружная: .
Радиальная: .
Осевая:
3.1.9 Степень точности передачи.
Точность изготовления зубчатых колес и передач задается степенью точности в зависимости от окружной скорости V2.
Для косозубых колес при скорости до 4м/с принимаем степень точности9.
3.1.10 Проверочный расчет на выносливость при изгибе.
Расчет местное напряжение при изгибе σF(МПа) определяют отдельно для колеса и шестерни.
Для колеса:
Где FtE – эквивалентная окружная сила,H;
KF – коэффициент нагрузки;
YFS2 – коэффициент, учитывающий форму зуба и концентрацию напряжений;
Yβ – коэффициент, учитывающий наклон зуба;
Yε – коэффициент, учитывающий перекрытие зубьев.
Для ступенчатой циклограммы нагружения:
Где qF - показатель степени кривой усталости при расчете на изгибную выносливость. Для закаленных и улучшенных колес qF = 6.
Коэффициент нагрузки определяется по формуле:
Где KFα – коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями;
KFβ - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине контактной линий;
KFν - коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку.
KFα для косозубых колес при степени точности 9 равна 1.
KFβ =1,05.
Где νF – динамическая добавка:
Где ωFν – удельная окружная сила, H/мм;
КА – коэффициент, учитывающий внешнюю динамическую нагрузку,
;
Коэффициент YFS2 для колеса и аналогично YFS1 для шестерни определяются в зависимости от эквивалентного числа зубьев ZV.
YFS1 = 3,67; YFS2 = 3,6.
Коэффициент осевого перекрытия:
Коэффициент торцового перекрытия:
.
<σFp2=256;’
Расчетное местное напряжение при изгибе(МПа) для шестерни:
<σFp1=294.
Проверочный расчет на контактную выносливость сводиться к проверке выполнения условия σH≤ σHp
При этом действительное контактное напряжение определяется:
;
Где - контактное напряжение в полюсе зацепления, МПа;
KH – коэффициент нагрузки.
Где ZH – коэффициент, учитывающий форму сопряженных поверхностей зубьев в полюсе зацепления;
Zε – коэффициент, учитывающий суммарную длину контактных линий.
ZH =2,37;
Zε определяется в зависимости от коэффициентов перекрытия εα и εβ.
При εβ≥1 ;
Коэффициент нагрузки KH вычисляется по зависимости:
Где KHα – коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями, для косых KHα = 1,1
KHν - коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку, возникающую в зацеплении. KHν = 1,01.
;
;
.
, условие выполняется.
3.1.11 Проверочный расчет при действии максимальной нагрузки на контактную прочность сводится к проверке выполнения условия
Во избежание появления остаточных деформаций, хрупкого излома или первичных трещин необходимо, чтобы выполнялось условие
;
;
Условия прочности по кратковременной перегрузке выполняется.
3.2 Расчет быстроходной ступени
Исходные данные для расчета:
T2=318 Н*м – крутящий момент на колесе;
n2=107 мин-1 – частота вращения колеса;
U = 6,6– передаточное число;
Так как редуктор соосный, то межосевое расстояние принимаем
3.1.7 Ширина колес – по формуле (3,7):
мм; мм
3.2.8 Модуль передачи мм. Принимаем стандартный мм.
3.1.7 Угол наклона и число зубьев.
.
Суммарное число зубьев. .
Уточняем угол наклона зубьев:
Число зубьев шестерни:
Число зубьев колеса: .
Фактическое передаточное число .
3.1.8 Основные размеры зубчатых колес, мм.
Делительные диаметры:
Проверка:
Диаметры окружностей вершин зубьев:
Диаметры окружностей впадин зубьев:
Силы в зацеплении, H
Окружная: .
Радиальная: .
Осевая:
3.1.9 Степень точности передачи.
Точность изготовления зубчатых колес и передач задается степенью точности в зависимости от окружной скорости V2.
Для косозубых колес при скорости до 4м/с принимаем степень точности9.
3.1.10 Проверочный расчет на выносливость при изгибе.
Расчет местное напряжение при изгибе σF(МПа) определяют отдельно для колеса и шестерни.
Для колеса:
Где FtE – эквивалентная окружная сила,H;
KF – коэффициент нагрузки;
YFS2 – коэффициент, учитывающий форму зуба и концентрацию напряжений;
Yβ – коэффициент, учитывающий наклон зуба;
Yε – коэффициент, учитывающий перекрытие зубьев.
Для ступенчатой циклограммы нагружения:
Где qF - показатель степени кривой усталости при расчете на изгибную выносливость. Для закаленных и улучшенных колес qF = 6.
Коэффициент нагрузки определяется по формуле:
Где KFα – коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями;
KFβ - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине контактной линий;
KFν - коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку.
KFα для косозубых колес при степени точности 9 равна 1.
KFβ =1,05.
Где νF – динамическая добавка:
Где ωFν – удельная окружная сила, H/мм;
КА – коэффициент, учитывающий внешнюю динамическую нагрузку,
;
Коэффициент YFS2 для колеса и аналогично YFS1 для шестерни определяются в зависимости от эквивалентного числа зубьев ZV.
YFS1 = 3,8; YFS2 = 3,6.
Коэффициент осевого перекрытия:
Коэффициент торцового перекрытия:
.
<σFp2=256;’
Расчетное местное напряжение при изгибе(МПа) для шестерни:
<σFp1=294.
Проверочный расчет на контактную выносливость сводиться к проверке выполнения условия σH≤ σHp
При этом действительное контактное напряжение определяется:
;
Где - контактное напряжение в полюсе зацепления, МПа;
KH – коэффициент нагрузки.
Где ZH – коэффициент, учитывающий форму сопряженных поверхностей зубьев в полюсе зацепления;
Zε – коэффициент, учитывающий суммарную длину контактных линий.
ZH =2,37;
Zε определяется в зависимости от коэффициентов перекрытия εα и εβ.
При εβ≥1 ;
Коэффициент нагрузки KH вычисляется по зависимости:
Где KHα – коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями, для косых KHα = 1,1
KHν - коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку, возникающую в зацеплении. KHν = 1,03.
;
;
.
, условие выполняется.
3.1.11 Проверочный расчет при действии максимальной нагрузки на контактную прочность сводится к проверке выполнения условия
Во избежание появления остаточных деформаций, хрупкого излома или первичных трещин необходимо, чтобы выполнялось условие
;
;
Условия прочности по кратковременной перегрузке выполняется.
4 Расчет валов
4.Валы, соединения вал-ступица
Проверочный расчет валов на усталостную прочность.
4.1Тихоходный вал
Исходные данные:
T3=988Н*м – крутящий момент на колесе;
n3=33,6 мин-1 – частота вращения колеса;
Усилия на колесе – .Радиальная: .Осевая:
Диаметр делительной окружности колеса d = 247.
Принимаем материал вала сталь 40ХН2МА ГОСТ 10702-78*, НВ>240,σВ=1100, σ-1=480,τ-1=280.
3.1.1 Определяем реакции опор:
3.1.2 Изгибающий момент в опасном сечении 1-1(Н∙м)
М1 = RA∙l2 = 3373,3∙0,037= 124,8Нм
3.1.3Определяем коэффициент
Где N0 - базовое количество циклов нагружений, принимаемое для небольших и средних валов равным 5∙106,
m – показатель наклона кривой усталости, принимаемый равным 9,
NE - эквивалентное число циклов нагружения.
; ;
Поскольку , то KL=1.
4.1.6 Определяем коэффициенты, входящие в формулу (4,44). Для шпоночного паза и МПа из табл. 4.3 имеем ; . Из табл. 4.5 ; ; поверхностное упрочнение не применяем, тогда .
По формуле (4,44) находим: ; ;
4.1.7 Осевой и полярный моменты сопротивления для вала d = 40мм, ослабленного шпоночным пазом 12 8мм, составляем по табл. 4.7:
;
4.1.8 Напряжения определяют по формуле (4,45):
МПа ; МПа;
4.1.9 Коэффициенты запаса прочности рассчитывают по формулам (4,37) и (4,38):
; ;
> [S]=1.5;
Условие прочности вала соблюдено.
4.2 Расчет промежуточного вала
Исходные данные для расчета:
T2=318 Н*м – крутящий момент;
n2=107 мин-1 – частота вращения;
Колесо: . .
Шестерня:
– делительный диаметр шестерни;
.Радиальная: .Осевая: Н – осевая сила;
4.2.2 Принимаем материал вала сталь 40ХН2МА ГОСТ 10702-78*, НВ>240,σВ=1100, σ-1=480,τ-1=280.
4.2.3 Согласно СХЕМЕ 5 и рис 4,12 по формулам (4,21)…(4,24) и (4,10) получаем:
4.2.4 Изгибающий момент в опасном сечении 1-1(Н*м):
Н*м;
4.2.5 Изгибающий момент в опасном сечении 2-2(Н*м):
Н*м;
4.2.6 Поскольку частота вращения данного вала больше, чем тихоходного, то эквивалентное число циклов NE будет больше, тогда коэффициент долговечности KL=1.
4.2.7 Проверяем на усталостную прочность сечение 1-1. Для этого определяем коэффициенты, входящие в формулу (4,44). Для шпоночного паза МПа из табл. 4.3 имеем ; . Из табл. 4.5 ; ; поверхностное упрочнение не применяем, тогда .
По формуле (4,44) находим: ; ;
4.2.8 Осевой и полярный моменты сопротивления для вала d = 35мм , ослабленного шпоночным пазом 10 8мм, составляем по табл. 4.7:
;
4.2.9 Напряжения определяют по формуле (4,45):
МПа ; МПа
4.2.10 Коэффициенты запаса прочности рассчитывают по формулам (4,37) и (4,38):
; ;
> [S]=1.5;
Условие прочности вала в сечении 1-1 соблюдено.
4.2.11 Проверяем на усталостную прочность сечение 2-2. Рассчитываем по внутреннему диаметру df3=45мм, тогда по аналогии со шлицами согласно табл. 4.3 получим; . Из таблицы 4.5 имеем ; ; шестерня закаливается до 45…50 HRCЭ, поэтому согласно табл. 4,6
По формуле (4.44) : ; ;
4.2.12 Осевой и полярные моменты сопротивления вала рассчитываем по формуле (4,46):
;
4.2.13 Напряжения определяем по формуле (4,45):
МПа ; МПа
4.2.14 Дальнейший расчет можно не проводить, т.к. очевидно, что вследствие малых значений напряжений прочность в опасном сечении 2-2 будет обеспечена.
4.3 Расчет быстроходного вала
4.3.1 Внутренний диаметр подшипника dn кратный пяти, для цилиндрического конца вала определяют по таблице 4.1.
мм.
Исходные данные:
T=50 Н*м – крутящий момент;
n=709мин-1 – частота вращения;
Колесо: . .
мм – делительный диаметр шестерни;
4.3.2 Принимаем материал вала сталь 40Х ГОСТ 4543-71*, НВ>270, МПа, МПа, МПа.
Н;
Н
Н
Н
Н
4.3.3 Изгибающий момент в опасном сечении 1-1(Н*м)
Н*м
4.3.4 Поскольку частота вращения данного вала больше, чем тихоходного, то эквивалентное число циклов NE будет больше, тогда коэффициент долговечности KL=1.
4.3.5 Проверяем на усталостную прочность сечение 1-1. Рассчитываем по внутреннему диаметру мм, тогда по аналогии со шлицами согласно табл. 4.3 получим; . Из таблицы 4.5 имеем ; ; шестерня закаливается до 45…50 HRCЭ, поэтому согласно табл. 4,6
По формуле (4.44) : ; ;
4.3.6 Осевой и полярные моменты сопротивления вала рассчитываем по формуле (4,46):
;
4.3.7 Напряжения определяем по формуле (4,45):
МПа ; МПа
4.3.8 Дальнейший расчет можно не проводить, т.к. очевидно, что вследствие малых значений напряжений прочность в опасном сечении 2-2 будет обеспечена.
5.1 Проверка подшипников тихоходного вала
5.1.1 Предварительно выбираем роликоподшипник радиально-упорный однорядный легкой серии № 7209, для которого , , .
Исходные данные для расчета:
n=66 мин-1
.
На основании рекомендации выбран подшипник легкой серии № 7207 ГОСТ 333-79, у которого динамическая грузоподъемность , статическая радиальная грузоподъемность , угол контакта
5.1.2 Коэффициент вращения V=1; коэффициент безопасности – по табл.5.8: ; температурный коэффициент .
5.1.3 Находим соотношение и по рис. 5.2 определяем значение параметра e`;
-для подшипника I ; ;
5.1.4 Осевые составляющие радиальных нагрузок (формула 5.7):
;.
5.1.5 Расчетная осевая нагрузка определяется по табл. 5.10, :
-для подшипника I
5.1.6 Дальнейший расчет ведем по наиболее нагруженному подшипнику I с
5.1.7 Находим соотношение .
Для этого соотношения из табл. 5.7 определяем Соотношение
Из табл. 5.7 для и находим коэффициенты радиальной и осевой нагрузок .
5.1.8 Эквивалентную динамическую нагрузку на подшипник I вычисляем по формуле (5,3):

- Кинематический и силовой расчет привода
- Кинематический и силовой расчет привода
- Кинематический и силовой расчёт привода
- Кинематический и силовой расчет привода, выбор электродвигателя
- Кинематический и силовой расчты привода
- Кинематический и энергетический расчеты приводной станции
- Кинематический расчёт
- Кинематический анализ рычажного механизма
- Кинематический, динамический и силовой анализ КШМ и ДВС
- Кинематический и динамический расчет двигателя КамАЗ 740
- Кинематический и кинетостатический анализ рычажного механизма
- Кинематический и силовой анализ механизма
- Кинематический и силовой расчет механизма (2)
- Кинематический и силовой расчет привода