Назначение редуктора. 3
Содержание
Введение
1. Расчёт редуктора
1.1 Выбор
электродвигателя и
1.2 Расчёт зубчатой передачи редуктора
1.3 Предварительный расчёт валов редуктора
1.4 Конструктивные размеры шестерни и колеса
1.5 Конструктивные размеры корпуса редуктора
1.6 Первый этап компоновки редуктора
1.7 Проверка
долговечности подшипников
1.8 Подбор и расчёт шпонок
1.9 Уточнённый расчёт ведущего вала
2. Смазка редуктора
3. Расчёт цепной передачи
Список используемой литературы
Введение
Редуктором называют
механизм, состоящий из зубчатых
колёс или червячных передач,
выполненный в виде отдельного
агрегата и служащий для
Назначение редуктора
– понижение угловой скорости
и соответственно повышение
Редуктор состоит из корпуса (литого чугуна или сварного стального), в котором помещают элементы передачи – зубчатые колёса, валы, подшипники и т.д. В отдельных случаях в корпусе редуктора размещают также устройства для смазывания зацепления и подшипников или устройства для охлаждения.
Редукторы классифицируют
по следующим основным
- типу передачи: зубчатые, червячные, зубчато-червячные;
- числу ступеней: одноступенчатые и многоступенчатые;
- типу зубчатых колёс: цилиндрические, конические, коническо-цилиндрические и т.д.;
- относительному расположению валов редуктора в пространстве: горизонтальные, вертикальные;
- особенностям кинематической схемы: развёрнутая, соосная, с развёрнутой ступенью и т.д.
Возможность получения
больших передаточных чисел
- Расчёт конического редуктора.
- Выбор электродвигателя и кинематический расчёт привода.
Определяем общий к.п.д. привода:
Ƞ=Ƞм • Ƞк.п. • Ƞп.п2
• Ƞц.п,
Где Ƞ з.п =0,97 – к.п.д. конической передачи;
Ƞм=0,98 – к.п.д муфты;
Ƞп.п=0,99 – к.п.д. пары подшипников;
Ƞп.п. =0,93 – к.п.д. цепной передачи;
Ƞ=0,98 • 0,97 • 0,99³ • 0,93 = 0,858
Мощность на валу барабана:
Рвых
=Ft • V=8,55 • 1,3=11,1 кВт,
Где Ft =8,55кН – окружное усилие на барабане;
Потребляемая мощность электродвигателя:
Рэ.дв
= = =12,94 кВт;
Угловая скорость барабана:
ωб= = =6,5 рад/с
где Дб=0,4 м – диаметр барабана;
V=1,3 м/c – скорость движения ленты;
Частота вращения барабана:
nвых = ==62,1,
Частота вращения вала электродвигателя:
nэ=nвых • Uр • Uа.к,
где Uр=3 – ориентировочное передаточное число редуктора;
Uц.п=5 – ориентировочное передаточное число цепной передачи;
nэ=62,1 • 3 • 5= 931,5 мин¯¹
По полученным данным по табл. П1 [1] выбираем электродвигатель 4А160М6 У3 с номинальной мощностью Р=15,0 кВт и синхронной частотой вращения nдв=1000мин¯¹. Скольжение 2,6%. Номинальная частота вращения nдв=1000-26=974 мин¯¹
Определяем передаточное число привода:
i= = = 15,68
Принимаем передаточное число редуктора Up=3,15;
Передаточное число цепной передачи:
Uц.п =
= = 4,98
Определяем частоты вращения и нагрузки на валах привода:
nдв = n1=974
мин¯¹;
n2 == = 309,2 мин¯¹;
n3== = 62,1 мин¯¹;
Угловая скорость для каждого вала:
ω1 = ;
ω1= ==101,9 рад/c;
Мощность на валах:
Рi= Рi-1•Ƞi ,
где Рi-1 – мощность на предыдущем валу;
Р1=Рэ • Ƞм • Ƞп.п = 12,94 • 0,98 • 0,99=12,55 кВт.
Р2=Р1 • Ƞк.п.• Ƞп.п.=12,55 • 0,97 • 0,99=12,05 кВт.
Р3=Р2 • Ƞц.п. • Ƞп.п.=12,05 • 0,93 • 0,99 = 11,1 кВт.
Крутящий момент на валах:
Т1=
= = 123,2 Н•м;
Т2= == 350,4 Н•м;
Т3= == 1707,7 Н•м;
- Расчёт зубчатой передачи.
Принимаем для изготовления шестерни и колеса редуктора сталь 40Х с термообработкой улучшения.
Механические характеристики материала шестерён и колёс принимаем по таблице 3.3 [1]:
Для колеса НВ=245, для шестерни НВ=270.
Определяем допускаемые контактные напряжения по формуле 3,9[1]:
нр=• KHL ,
где – базовый предел контактной выносливости;
Sn=1,15 – коэффициент безопасности (ст.192, [3]);
KHL - коэффициент долговечности
По таблице 3,2[1] предел контактной выносливости:
- для колёс = 2НВ+70= 2• 245 + 70 = 560 Н/мм²;
- для шестерён =2НВ+70=2 • 270 + 70 = 610 Н/мм²;
Для длительной эксплуатации принимаем коэффициент долговечности
КHL=1.
Допускаемые контактные напряжения для колёс:
нр1 = • 1= 448 Н/мм²
нр2 = • 1=530,4Н/мм²
Для зубчатой конической передачи принимаем для расчёта []НР по формуле 9.33 [2]:
[]нр =0,45•([] нр1 + []нр2) <1,23[]НРmin (11)
[]нр =0,45•(448+530,4)=440 Н/мм²
1,23[]НРmin =1,23 • 448 = 541,2 Н/мм²
[]НР =440 Н/мм² <1,23 []НРmin =541,2 Н/мм²
Определяем допускаемые напряжения изгиба по формуле 3.24 [1]
FP=
Где - предел выносливости зубьев при изгибе;
SF =2 – коэффициент безопасности;
По таблице 3.9 [1]для сталь 40Х улучшенной при твёрдости НВ <350 =1,8 НВ
Для шестерни =1,8 • НВ=1,8 • 270 = 486 Н/мм²;
Для колеса =1,8 • НВ •245 = 441 Н/мм²;
Коэффициент запаса прочности определяем по формуле
[SF]=[SF]′•[SF]″=1,75 • 1=1,75
Тогда допускаемые напряжения изгиба будут:
FP1= =278 Н/мм²,
FP2= =251 Н/мм²,
Ориентировочное значение делительного диаметра колеса определяем из условия обеспечения контактной прочности по формуле 3.29 [1]:
dₑ₂=Kd• , (14)
где Kd= 99 – для прямозубых передач (ст.49 [1])
T2 =350,4 Н•м – крутящий момент на валу колеса;
=1,35 – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца (табл.3.1 [1];
3,15 – передаточное отношение передачи;
НР= 440 Н/мм² - допускаемые контактные напряжения;
- коэффициент ширины венца по отношению к внешнему конусному расстоянию. Принимаем =0,285 (рекомендации ГОСТ 12289-70).
dₑ₂=99 •329,1 мм
Принимаем по ГОСТ 12289-76 ближайшее стандартное значение dₑ₂=315мм
Принимаем число зубьев шестерни z₁=25.
Число зубьев колеса:
z₂=z₁ • =25 • 3,15 =78,75
Принимаем z₂=79;
Фактическое передаточное число:
= ==
3,16
Отклонение от заданного передаточного числа:
∆= • 100%=0,32%,
Что меньше допустимого.
Внешний окружной модуль:
mₑ= =
=3,99мм ≈ 4мм
Уточняем:
dₑ₁=z₁ • mₑ=25 • 4 = 100 мм
dₑ₂=z₂ • mₑ=79 • 4 = 316 мм
по табл. 3.11[1] определяем основные параметры передачи.
Углы делительных конусов:
ctgδ₁==3,16
=17⁰34′;
₂=90 -=90⁰-17⁰34′=72⁰26′;
Внешнее конусное расстояние и Rₑ и длина зуба b
Rₑ=0,5 • mₑ • =0,5 • 4 •=165,7 мм (20)
b=• R= 0,285 • 165,7=47,2 мм
Принимаем b=48 мм
Проверяем рекомендацию < 0,3
== 0,29 < 0,3 – условие выполняется.
Средние делительные диаметры:
dm1 =2(Rₑ-0,5b)=2(165,7-0,5 • 48) • =85,5 мм (22)
dm₂ =2(Rₑ-0,5b)=2(165,7-0,5 • 48) •=279,19 мм
Внешние диаметры (по вершинам зубьев)
dₐₑ₁ = dₑ₁ + 2 • mₑ•+2 • 4 •=107,63 мм (23)
dₐₑ₁= dₑ₁ + 2 • mₑ•+2 • 4 •=107,63 мм (24)
Средний окружной модуль:
mtm =
= =3,42 мм
Коэффициент ширины шестерни по среднему диаметру:
bd =
== 0,561
Силы в зацеплении:
окружное усилие
Ft== =
2881,9 H;
Осевое усилие на шестерне и радиальное на колесе:
Fа₁ = Fr₂= Ft • tga• =316,5 H; (28)
Радиальное усилие шестерни и осевое на колесе:
Fr₁ = Far₂=Ft • tga • =1000 H. (29)
Определяем окружную скорость:
V==
= 4,35 м/с
Назначаем 7-ю степень точности.
Для проверки контактных напряжений назначаем коэффициент нагрузки:
Kн=Kн• Kнa • Kн ,
Где Kн - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по длине зуба.
По табл. 3,5[1] при bd =0,561, консольном расположении колёс и твёрдости НВ <350 Kн =1,23.
Kнa – коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями. По табл. 3,4[1] Kнa =1.
Kн – коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении.
По табл. 3,6[1] Kнu =1,05.
Kн=1,23 • 1,0 • 1,05=1,3
Проверяем контактное напряжение по формуле 3,27[1]
н=
н= =419,6 Н/мм²
н =419,6 Н/мм² <[н]=440 Н/мм²
Условие прочности выполняется.
Выполняем проверочный расчёт на усталость при изгибе по формуле 3,31[1]:
F= (33)
где – коэффициент, учитывающий форму зуба. Выбирается в зависимости от эквивалентного числа зубьев;
KF – коэффициент нагрузки;
F 0,85 – опытный коэффициент;
KF=KF • KF
Где KF - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по длине зуба. По табл. 3,7[1] при bd = 0,561, консольном расположении колёс и твёрдости НВ <350 KF =1,38.
KF - коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении.
По табл. 3,8[1] KF =1,45.
KF =1,38 • 1,45=2,0
Эквивалентное число зубьев:
Zv₁= = ≈26;
Zv₂= = ≈262;
По с.42[1] принимаем: YF₁ =3,88; YF₂=3,6;
Определяем менее прочное звено:
==71,6
= = 69,7
Расчёт выполняем по колесу:
F= = 148,3 Н/мм²=251 Н/мм²
условие прочности по напряжениям изгиба выполняется.
- Предварительный расчёт валов редуктора
Определяем диаметр вала из условия прочности на кручение по формуле 12.1 [2] при пониженных допускаемых напряжениях:
d=
где T – передаваемый крутящий момент;
[ – допускаемое условное напряжение при кручении. По
рекомендациям ст.273. [2] принимаем [=20 Н/мм² - при расчёте входных и выходных концов валов; [=10…15 Н/мм² - для промежуточных валов.
Входной вал.
Диаметр входного вала:
dвх==31,3 мм
Согласовывая с валом электродвигателя, принимаем dвх =32 мм.
Диаметр вала под уплотнением dу =36 мм.
Диаметр вала под подшипником dп =40 мм.
Выходной вал.
Диаметр выходного конца вала:
dвых= = 44,4 мм
Принимаем dвых =45 мм.
Диаметр вала под уплотнением dу =50мм.
Диаметр вала под подшипником dп =50мм.
Диаметр вала под колесом dк =52мм.
- Конструктивные размеры шестерни и колеса
Шестерня.
Из-за разницы между диаметром вала под колесом и диаметром впадин шестерни, принимаем к изготовлению конструкцию вал-шестерня.
Колесо.
Коническое колесо кованое.
Его размеры: dₑ₂ =316мм; dm₂=279,19мм. b₂= 48мм.
Диаметр ступицы:
dст ≈1,6 • dк₂=1,6 • dк₂= 16 • 52≈85мм.
Длина ступиц:
lст =(1,2…1,5) • dк₂= (1,2…1,5) • dк₂=(1,2…1,5) • 52=62,4…78 (39)
Принимаем lст =70 мм
Толщина обода:
₀=(3…4) • m = (3…4) • 4 = 2…16 мм
Принимаем ₀=14мм
Толщина диска:
С=(0,1…0,17) Rₑ=(0,1…0,17) • 82,24 = 8,22..14 мм (41)
Принимаем С=12 мм
1.5 Конструктивные размеры корпуса редуктора.
Корпус редуктора литой из чугуна СЧ 20.
Толщина стенки корпуса и крышки:
= 0,05 • Rₑ+ 1мм = 0,05 • 165,7+1=9,3 мм; (42)
=0,04 • Rₑ+ 1мм = 0,04 • 165,7+1=7,6 мм;
Принимаем =10 мм; =8мм;
Толщина поясов корпуса и крышки:
b=1,5• =1,5 • 10 =15 мм
Толщина нижнего пояса основания корпуса:
р=2,35• =2,35 • 10 =23,5 мм
принимаем р=24 мм.
Диаметр фундаментных болтов:
d₁
= 0,055Rₑ+12мм = 0,055 • 165,7+12=21,1мм
принимаем болты М20.
Диаметр болтов крепления корпуса и крышки редуктора:
d₃=(0,5…0,6) • d₁ = (0,5…0,6) • 20 = 10…12мм.
Принимаем болты М12.
- Первый этап компоновки редуктора
Выбираем способ смазывания: зацепление зубчатой пары – окунанием зубчатого колеса в масло. Подшипники тихоходного вала смазываются за счёт разбрызгивания масла, а для подшипников быстроходного вала применяем пластичный смазочный материал. Раздельное смазывание принято потому, что один из подшипников удалён, и это затрудняет попадание масляных брызг. Кроме того, раздельная смазка предохраняет подшипники от попадания вместе с маслом частиц материала.
Камеры подшипников отделяем мазеудерживающими кольцами.
Подшипники валов расположим в стакане.
Намечаем роликоподшипники конические однорядные лёгкой серии.
Таблица 1
Условное обозначение подшипника |
d |
D |
B |
T |
Грузоподъёмность, кН | |
Размеры ,мм |
С |
С₀ | ||||
7208 |
40 |
80 |
19 |
20 |
46,5 |
32,5 |
7210 |
50 |
90 |
21 |
22 |
56 |
40 |
При установке радиально-упорных подшипников учитываем, что радиальные реакции считают приложенными к валу в точках пересечения нормалей, проведённых к серединам контактных площадок. Для
однорядных конических подшипников по формуле 9,11[4]
а= +
для подшипников ведущего вала:
а= + ≈18 мм
Для подшипников ведомого вала:
а=+≈20мм
Из компоновки получаем расстояние между опорами и элементами передачи.
- Проверка долговечности подшипников ведущего вала
Силы в зацеплении:
Окружное усилие: Ft=2881,9 H
Радиальное усилие: Fr=1000 H
Осевое усилие: Fa=316,5 H
Входной вал нагружен вращающим моментом: Ткр=123,2 Н•м
Момент от осевой силы Fa:
Ма=Fu
• = 316,5 • =13,53 H•м
Строим схему нагружения вала в горизонтальной плоскости и определяем опорные реакции:
∑М1х
= 0 Ма+Fr
• с-R2x
• f = 0
R2x= == 660 H
∑М2х= 0
Ma+ Fr •
(c+ f) – R1x • f=0
R1x = = =1660 H
Проверяем правильность определения реакций:
R1x
- R2x - Fr
=1660-660-1000=0
Строим эпюру изгибающих моментов:
МАх= -Ма = -13,53
Н•м
М1= Ма - Fr • f = -13,53-1000 • 0,067= -80,53 Н•м
Строим схему нагружения вала в вертикальной плоскости и определяем опорные реакции:
∑М1у= 0
Ft • c – R2y
• f=0
R2y= = =15,82 H
∑М2у=0
Ft •
(c+f) – R1y• f=0
R1y= = = 4464,6 H
Проверяем правильность определения реакций:
- F1+R1y = -2881,9 + 4464,6 - 1582,7= 0 (56)
Строим эпюру изгибающих моментов:
МАу=0
М1у=0 -Ft • c = -2881,9 • 0,067= -193,1 Н•м
М1у=0
Строим эпюру суммарных изгибающих моментов:
МА=МАх =13,53 Н•м
М1= = =209,2 Н•м (58)
Полные реакции в опорах:
R1= = = 4763,2 H (59)
R2= = = 1714,8 H
Осевая реакция от действия сил в зацеплении:
А=Fa=316,5
Н
Осевая составляющая от радиальной нагрузки для конических роликоподшипников:
S = 0,83 • e1 • Fr
S1=0,83 • 0,38 • 4763,2=1502,3 H
S2=0,83 • 0,38 • 1714,8=540,8 H
Полная осевая нагрузка в опорах:
Fa1= S1=1502,3 H
Fa1=
S1+Fa=1502,3+316,5=1818,8 H
Рассчитываем подшипник в опоре 1, как наиболее нагруженный.
По формуле 14.3 [2] определяем эквивалентную нагрузку Р:
Р=(Х • V • R+
Y• Fa)• K• K ,
Где Х – коэффициент радиальной нагрузки;
V=1 – коэффициент вращения (ст.348 [23]);
Y – коэффициент осевой нагрузки;
K =1,4 – коэффициент безопасности (табл. 14.18 [3])
K =1 – температурный коэффициент (табл.14.19 [3]).
По таблице 14.15 [2] находим:
При == 0,315 <e = 0,38 X=1, Y=0 (64)
P= (1 • 1 • 4763,2 + 0 • 1502,3) • 1,4 • 1=6668,5 H
Определяем долговечность подшипника в млн. оборотов по формуле 4.2. [2]:
L= • Lh ,
Где Lh – долговечность в часах.
Т.к срок службы не оговорен, то примем долговечность подшипника равной Lh = 10 000 часов.
L= • 10 000=584,4 млн. оборотов.
По формуле 14.1 [2] определяем расчётную динамическую грузоподъёмность выбранного подшипника:
С= Р • ,
Где m = 0,33 – показатель степени (ст.334 [2])
С=6,6685 • =45,96 кН <Ср =46,5 кН,
Следовательно, выбранный подшипник пригоден к установке.
1.8 Подбор и расчёт шпонок.
Принимаем призматические шпонки со скругленными торцами по ГОСТ 23360-78.
Материал шпонок сталь 45 нормализованная. Шпонку проверяем на смятие. Условие прочности при смятии:
см = [см] ,
Где см – рабочее напряжение смятия, Мпа;
[см] – допускаемое напряжение смятия, Мпа;
[см] – 120 Мпа.
Ведущий вал.
Проверяем шпонку на входном конце ведущего вала. Диаметр вала dвх₂ =32мм. Размеры шпонки b x h =10 x 8 мм; t₁ =5,0 мм, таблица 8.9 [1]; длина шпонки l=36 мм. Момент на ведущем валу Т=123,2 Н•м
см = =111,1 Мпа < [см] =120 Мпа
Прочность шпонки обеспечена.
Ведомый вал.
Из двух шпонок – под коническим колесом и под звёздочкой – более нагружена вторая (меньше диаметр вала и поэтому меньше размеры поперечного сечения шпонки). Проверяем шпонку на выходном конце ведомого вала под звёздочкой. Диаметр вала dвых₂ = 45 мм. Размеры шпонки b x h =14 x 9 мм; t₁=5,5мм, таблица 8,9 [1]; длина шпонки l=32 мм. Момент на ведомом валу T=350,4 Н•м
см = =105,9 Мпа <[см] =120 Мпа
Прочность шпонки обеспечена.
- Уточнённый расчёт ведущего вала
Принимаем материал вала – Ст35. По табл. 12.13 [2] назначаем механические характеристики.
-1 =255 Н/мм; -1 =128 Н/мм.
Наиболее опасным является сечение в опоре 1, где действует максимальный изгибающий момент. Сечение ослаблено галтелью, которая в то же время является концентратором напряжений. Определяем коэффициенты безопасности в этом сечении.
Момент сопротивления сечения:
Wp
= = =6280 мм³.
По формуле 12,5 [2] нормальные напряжения:
а = u = = = 30,7 Н/мм².
Полярный момент сопротивления сечения:
Wp = = =12560 мм³.
Касательные напряжения:
а = m = = = 4,9 Н/мм² . (71)
Эффективные коэффициенты концентрации напряжений (галтель) для Ст35 с в <700 Н/мм² по табл. 12,5 [3]:
K =1,71; K =1,26.
Масштабные факторы для вала d=40 мм по табл. 12.2 [2]:
=0,88; =0,81.
Коэффициенты, характеризующие
=0,1; =0,05.
Принимаем шероховатость посадочной поверхности Ra =1,25, тогда коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности по табл. 12.9 [2] =0,92.
Коэффициент безопасности только по изгибу (ст.278 [2]):
S = (72)
Коэффициент безопасности только по кручению (ст.279 [3]):
S (73)
Общий коэффициент безопасности (ф.12.4 [3]):
S = = = 3,8 > [S] =15
Условие прочности выполняется.
- Смазка редуктора
Для редуктора принимаем наиболее распространённый и простой способ – картерный. Масло заливается через смотровой люк в корпусе редуктора. Уровень масла требуется такой, чтобы в него полностью погружались зубья колеса. Требуемая вязкость масла определяется в зависимости от контактного напряжения и окружной скорости колёс. По табл. 9.1 и табл. 9.5 [5] назначаем масло индустриальное И-40А.
При
картерном способе смазки
масляного тумана и растекания масла по валам. Для смазки подшипников быстроходного вала применяем пластичный смазочный материал. Раздельное смазывание принято потому, что один из подшипников удалён, и это затрудняет попадание масляных брызг.
Для замера уровня масла в
картере применяется
3. Расчёт цепной передачи.
Выбираем приводную роликовую однорядную цепь.
Определяем число зубьев ведущей звёздочки по формуле:
Z3
= 31-2 • Uц.п. =31-2 • 4,98 ≈ 21
Принимаем Z3 =21.
Определяем число зубьев ведомой звёздочки по формуле:
Z4
= Z3 • Uц.п. = 21 • 4,98 ≈ 104,6
Принимаем Zu =104
Тогда фактическое передаточное число:
U = = = 4,95
Отклонение = • 100% ≈ 0,6%
Вычисляем расчётный коэффициент нагрузки Kэ по формуле:
Kэ = Кд
• Ка • Кн • Кр • Ксн • Кп ,
Где Кд – динамический коэффициент;
Кд =1;[1,с.149];
Ка – коэффициент, учитывающий влияние межосевого расстояния,
Ка =1;
Кн – коэффициент, учитывающий влияние наклона цепи;
Кн =1;[1,с.150];
Кр – коэффициент, учитывающий способ регулирования натяжения цепи;
Кр =1,25;[1,с.150];
Ксн – коэффициент, учитывающий способ смазки цепи;
Ксн =1;[1,с.150];
Кп – коэффициент, учитывающий периодичность работы передачи;
Кп =1;[1,с.150].
Кэ = 1 • 1 • 1 • 1,25 • 1 • 1=1,25

- Назначение режимов резания
- Назначение ремонтных мастерских
- Назначение свойства управленческого документа
- Назначение сервисных программ
- Назначение, содержание и направление государственного регулирования внешнеэкономической деятельности. Роль таможенной службы в этом пр
- Назначение, содержание и порядок составления отчёта о прибылях и убытках
- Назначение, содержание и порядок составления отчёта о прибылях и убытках
- Назначение, принцип работы и устройства проектируемого приспособления
- Назначение, принципы и порядок составления сводной (консолидированной) отчетности
- Назначение, принципы построения, типовые структуры и классификация компьютерных сетей
- Назначение проектируемого вагонного депо
- Назначение ревизии
- Назначение редуктора
- Назначение редуктора