Введение

         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:

• по особенностям кинематической схемы " на развернутую, соосную с раздвоенной ступенью.

 

1. Спроектировать и рассчитать одноступенчатый прямозубый редуктор общего назначения.

1.1Схема:

1. Редуктор
2. Цилиндрическая прямозубая передача
3. Быстроходный вал
4. Тихоходный вал
5. Муфта
6. Ременная передача
7. Подшипники
8. Электродвигатель

1.2 Общий КПД редуктора равен произведению КПД последовательно соединенных подвижных звеньев.

 Для данного  редуктора он равен произведению КПД ременной передачи ( рп) КПД двух пар подшибников ( )и КПД зубчатой передачи ( ).

                             

                                                  (1) 

1.3 Определение требуемой мощности электродвигателя с ременной передачи.

                                          

                                                                            (2)

Р₂=2,5

 

1.4

Двигатель 4А132М8У3

Р₁=5,5квт

n₁=n_э=720мин^-1 

1.5 Определение передаточного числа.

                                          

                                         (3)

Ст.2185-66 u=3,55

n₁=725

n₂=92

1.6 Вычисление вращающего момента на быстроходном валу редуктора.

                      

                          (4)

- вращающий момент на тихоходном валу.

Р

n₁=720 

 

2.1 Определение марки материала.

Так как в задание нет особых требований в отношении габаритов передачи, выбираем материалы со средним механическими характеристиками п21[2].

Выбираем сталь  – сталь улучшение НВ<350

Тогда шестерня сталь 45 улучшение НВ240…280

           колесо сталь 45 нормальзация Нв180…200 п28[2]

Предел прочности  шестерня σ_нр= 420МПа; Nн=1·10⁷; σ_FP=155МПа; N_F=4·10⁶

                                 колесо σ_нр= 600МПа; Nн=1,5·10⁷; σ_FP=195МПа; N_F=4·10⁶

2.2Определение допускаемых напряжений на контактную и изгибную выносливость зубьев. 

σ_нр= σ_нр°·К_nl

σ_Fp= σ_Fp°·К_Fl 

σ_нр°=420МПа

N_no·10⁴=1

σ_FP°=155МПа

N_Fo ·10⁴=4

К_nl-коэфицент цилиндра долговечности при контактном напряжении

К_HL=

К_FL=

; - Относительное эквивалентное число

=60·t₄·n₂

> ; > и К_HL=1

> ; > и К_FL=1 

Для колеса:

σ_HP°=420МПа        σ_FP°=155МПа       

N_HO=1·10⁷              N_FO=1·10⁶ 

Для шестерни:

σ_HP°=600МПа        σ_FP°=155МПа       

N_HO=1,5·10⁷              N_FO=4·10⁶ 

Назначая ресурс передачи t₄ 10⁴ ходим число циклов перемены напряжения. 

N_HE; N_FE=60·10⁴; N_FE=60·t₄·92=5520·10⁴ 

Если N_HE> N_FE; N_FE> N_FO то значение коэфицентов долговечности К_HL=1; К_FL=1;

Следовательно : 

Для колеса

σ_нр= σ_нр°·К_nl=420·1=420

σ_Fp= σ_Fp°·К_Fl=155·1=155 

Для шестерни

σ_нр= σ_нр°·К_nl=600·1=600

σ_Fp= σ_Fp°·К_Fl=195·1=195 

3. Определение параметров зубчатой передачи. 

3.1 Параметры закрытой  зубчатой передачи. 

3.11.Определение  межосевого расстояния.

                (5)

Принимаем стандартное  значение:

=100мм по СТСЭВ 229-75 

3.12 Определение нормально модуля зацепления.

                        m_n=(0.01…0,02)·

=0,02…100    (6)

По СТ-СЕВ 310-76 m_n=2 

3.13Опредеоение числа зубьев шестерни и колеса

β=8°…20°

Принимаем β=0°

Определяем число  зубьев шестерни и колеса

                        

    (7)

Принимаем 22.

                        

(8)     

=79 

3.14 Уточнение расчетных значений передаточного числа , частоты вращения, угла наклона линии зуба.

                        

      (9)

                                     

                                     (10) 

                                    

                                          

3.15 Определение окружного  модуля.

                                         

                                                              (12)

m₁ - окружной модуль

m_n – нормальный модуль зацепления. 

3.16 Определение делительных диаметров , диаметров вершин и впадин зубчатого колеса и шестерни. 

Делительный диаметр  шестерни

                                                (13)

Делительный диаметр  колеса

                                         (14)

Диаметр вершин зубьев шестерни

                                         (15)

Диаметр вершин зубьев колеса

                                         (16)

Диаметр впадин зубьев шестерни

                                         (17)

Диаметр впадин зубьев колеса

                                         (18) 

3.17 Уточнение межосевого расстояния.

                    

                                                         (19) 

3.18 Определение ширины венца зубчатого колеса.

-коэфицент ширины зуба 

 

4. Вычислении окружающей  скорости и сил действующих в зацеплении. 

4.1 Определение окружного модуля и назначение степени точности передачи.

                     

                                         (20)

- частота вращения быстроходного  вала

- делительный диаметр шестерни  

4.2 Вычисление сил действующих в зацеплении.

Окружная сила

                                 

                                                        (21)

Осевая сила

Радиальная сила

                                           

                                         (22)

a=20°- угол профиля зацепления 

5. Проверочный расчет на контактную и изгибную выносливость зубьев. 

5.1 Определения напряжения на контактную выносливость зубьев.

                                         (23)

 так как β = 0

 по табл.П.22. [2] 
 

                                   

                                         (25)

                                    

                                                 (26)

 

                       

                                         (27)

14,7 420 

5.2 Определение выносливости зубьев при изгибе.

                                      

                                         (28)

 

5.3 Вычисление эквивалентного числа зубьев шестерни и колеса.

                                           

                                                          (29)

Для шестерни:

                       

                                         (30)

Для колеса:

                       

                                         (31)

 

Проверим оценку прочности зуба шестерни и колеса:

Для шестерни:

                            

                                                        (32)

Для колеса:

                             

                                                       (33)

Прочность зуба колеса оказалась ниже, чем у шестерни, проверку на выносливость по напряжениям  изгиба следует проводить для  зубьев колеса.

                     

                                                 (34)

Условие прочности   

6. Ориентировочный расчет валов. Конструктивные размеры зубчатой пары. 

Конструктивные  размеры зубчатой пары (длина и  диаметр ступицы зубчатых колес  и др.) Диаметр внутреннего кольца и ширина подшипника зависят от диаметра вала.

Обычно  вначале определяют диаметр выходного  конца вала, а затем, учитывая конструктивные особенности, назначают диаметры посадочных мест для зубчатых колес и подшипников.

Для последующего выполнения уточненного расчета вала надо установить расстояние между точками приложения сил (активных и реактивных) на оси вала, определить реакции подшипников, построить эпюры изгибающих и крутящих моментов.

В нашем  случае известны только активные силы, действующие на валы со стороны зубчатого зацепления.

Диаметр выходного конца вала определим  грубо приближенно из расчетного на прочность при кручении по заниженным допускаемым касательным напряжениям  для углеродистой стали.

Принимаем

Целесообразно изготовить шестерню за одно с валом.

Принимаем для тихоходного вала . 

6.1. Определение диаметров  ведущего (быстроходного)  вала.

Для ведущего (быстроходного вала) редуктора при

Из уравнения  прочности преобразовав, получаем формулу  диаметра вала:

                                         

                                                                     (35)

где:  Т- крутящий момент сопротивления круглого сечения вала

- полярный момент сопротивления  круглого сечения вала

- допускаемое напряжение на  кручение.

                                               

                                                   (36,37)

В соответствии с рядом Ra40(СТ СЭВ 514-77) принимаем,

Разница составляет более 25%, следовательно нельзя ориентироваться  на стандартную муфту.

Назначаем посадочные размеры под уплотнения и подшипники. Величина буртика каждой ступени вала должна быть больше от предыдущего значения на 1…5мм

Принимаем диаметр  вала (мм) под манжетное уплотнение.

Диаметр вала под подшипники .

Диаметр под  уплотнение шестерни .

Выполняем эскиз  вала-шестерни 

6.2 Определение диаметра тихоходного вала редуктора.

Для тихоходного  вала редуктора определим вращающий момент без учета КПД передачи: 

                             

                                                                  (38) 

Где :

- вращающий момент на быстроходном валу.

- передаточное число.

Диаметр выходного  конца тихоходного вала определяется по формуле 35:

                                                                                                             

 

В соответствии с рядом (СТ СЭВ 514-77) принимаем,

Принимаем диаметр  вала под манжетное уплотнение.

Принимаем диаметр вала под подшипники .

Диаметр под  зубчатое колесо .

Выполняем эскиз вала  

6.3Конструктивные размеры зубчатого колеса 

Диаметр ступицы:

        

                                 (39)

Принимаем: 87мм

Длина ступицы:

           

                                      (40)

Принимаем: 60мм

Толщина обода:

               

                                                        (41)

Принимаем: 5мм

Колесо изготовлено  из поковки, конструкция дисковая.

Толщина диска:

           

                                                       (42)

Принимаем: 8мм

Диаметры отверстий  назначаем конструктивно, но не менее 15…20мм. Принимаем количество отверстий

Выполняем эскиз  колеса  

7. Конструктивные размеры элементов корпуса и крышки редуктора.

Корпус и крышку редуктора изготовим из серого чугуна СЧ18 ГОСТ 1412-88 [4] 

7.1 Определение толщины стенки корпуса.

Толщина стенки корпуса:

                                                                                                         (43)

 

Принимаем: 5мм 

7.2 Определение толщины  стенки крышки корпуса редуктора.

Толщина стенки крышки корпуса редуктора:

                                                                               (44)

Принимаем: 4мм 

7.3 Определение толщины  верхнего пояса  корпуса редуктора.

Толщина верхнего яруса редуктора

                                                                                            (45)

Принимаем 8мм 

7.4 Определение толщины  пояса крышки редуктора.

Толщина пояса  крышки редуктора

                                                                                         (46)

Принимаем 6мм 

7.5 Определение толщины  нижнего пояса корпуса редуктора.

Толщина нижнего  пояса корпуса редуктора

                                                                                                 (47)

 

Принимаем 12мм 

7.6 Определение толщины ребер жесткости корпуса редуктора.

Толщина ребер  жесткости корпуса редуктора

                                                                                       (48)

Принимаем 4мм 

7.7 Определение диаметров фундаментальных болтов.

Диаметры фундаментальных  болтов

                                                                                             (49)

Принимаем мм.  

7.8 Определение ширины нижнего пояса корпуса редуктора.

Ширина фланца для крепления редуктора к  фундаменту

                                                                                 (50)

 
 
 

7.9 Определение диаметров болтов, соединяющих корпус с крышкой редуктора.

Диаметры болтов, соединяющих корпус с крышкой  редуктора

                                                                                       (51)

Принимаем: 8мм. 

7.10 Определение ширины венца пояса (Ширины фланца) соединения корпуса и крышки редуктора около подшипников.

                                                                                                    (52)