Проектирование привода общего назначения

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетно-пояснительная  записка

 

к курсовому проекту

по курсу: «детали машин» на тему:

«Проектирование привода общего назначения»

Задание 1, вариант 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ №1

на курсовой проект по деталям машин

студенту(ке)_____________ факультета_______ курс___  группа___

Спроектировать привод общего назначения

Схема привода

 

Исходные данные:

Нагрузка постоянная; срок службы 10 лет; коэффициент годового использования ; коэффициент суточного  использования ; тип производства: для редуктора- крупносерийное, для рамы- единичное.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

 

Машиностроению  принадлежит ведущая роль среди  других отраслей экономики, так как основные производственные процессы выполняют машины. Поэтому и технический уровень многих отраслей в значительной мере определяет уровень развития машиностроения.

Повышение эксплуатационных и качественных показателей, сокращение времени разработки и внедрения новых машин, повышение их надежности и долговечности – основные задачи конструкторов-машиностроителей. Одним из направлений решения этих задач является совершенствование конструкторской подготовки инженеров высших технических учебных заведений.

Большие возможности  для совершенствования труда  конструкторов дает применение ЭВМ, позволяющее оптимизировать конструкции, автоматизировать различную часть  процесса проектирования.

Объектами курсового  проектирования являются приводы различных машин и механизмов, использующие большинство деталей и узлов общемашиностроительного применения.

Важной целью  выполняемого проекта является развитие инженерного мышления, включающее умения использовать предшествующий опыт, находить новые идеи, моделировать, используя аналоги. Курсовому проекту по деталям машин свойственна многовариантность решений при одном и том же задании развивает у студентов мыслительную деятельность и инициативу. 

Важнейшая задача курсового проектирования – развитие умения разрабатывать техническую документацию. Базируясь на исходных предпосылках из курса графики и машиностроительного черчения, в процессе самостоятельной работы над курсовым проектом, студенты овладевают свободным чтением и выполнением чертежей неограниченной сложности 

2. ЭСКИЗНЫЙ  ПРОЕКТ

2.1. Выбор электродвигателя

Кинематический  и силовой расчет привода

1) Определим общий  коэффициент полезного действия  привода

  ,

где - коэффициенты полезного действия редуктора;

  - коэффициент полезного действия муфты.

-коэффициент полезного действия  зубчатой передачи;

;

.

  2) Требуемая мощность  двигателя  , кВт

= = кВт.

  3) По известному  значению требуемой мощности  двигателя выберем электродвигатель  по ГОСТу. При этом должно  выполняться условие.   

P_ном.д P_тр.д

Это условие выполняется для электродвигателя 4А200L6. Значение P_ном.д=30кВт, значение S=2.1%.

Определим требуемую  частоту двигателя n , мин :

= 1000(1-2.1/100)= 979мин

n =30w /p=(30•14.3)/3,14=136.6 мин

4) Определим  передаточные  числа ступеней привода:

 

 

Принимаем ближайшее значение из стандартного ряда передаточных чисел .

 

5)Определим частоту вращения валов:

;

.

6) Начальная угловая скорость, угловая скорость быстроходного вала:

;

7) Угловая скорость тихоходного вала:

= = . 

8)Мощность передаваемая ступенями привода, кВт :

;

;

.

9)Моменты вращения на валах, Н м:

;

;

.                                     

 

2.2 Расчет редукторной передачи.

Выбор материала

Предварительно выбираем материал  со средними механическими  характеристиками: для шестерни – сталь 40X, термическая обработка – улучшение, твердость НВ 269...302: для колеса – сталь 40Х,  термическая обработка – улучшение, твердость НВ 235...262.

 

Пределы выносливости и коэффициенты безопасности.

σ =900МПа                                        σ =790МПа

σ =750МПа                                        σ =640МПа

=1                                                     =1

=1

 

НВ =(269+302)/2=285,5- для шестерни

НВ =(235+262)/2=248,5 – для колеса

σ =2 НВ +70=2 285,5+70=641МПа

σ =2 НВ +70=2 248,5+70=567МПа

S =1.1

σ =1,8 НВ =1,8 285,5=513,9МПа

σ =1,8 НВ =1,8 248,5=447,3МПа

S =1.75

Предельное допускаемое  контактное напряжение:

=2,8σ =2,8 750=2100МПа

МПа

Предельное допускаемое  напряжение  изгиба

=2,74 НВ =2,74 285,5=782,27МПа

=2,74 НВ =2,74 248,5=680,89МПа

= = =582,27МПа

= = =515.45 МПа

 МПа

 

 

При работе передачи с  постоянной нагрузкой N=60nt, где n – частота вращения рассчитываемого колеса; t – продолжительность работы передачи под нагрузкой, в часах; с – число колес одновременно зацепляющихся с шестерней,

.

Здесь - срок службы передачи в годах; , - коэффициенты использования передачи соответственно в течение года и суток.

Для данного случая продолжительность  работы передачи под нагрузкой составляет:

 часов, где  лет; ; .

N₁=60nt= 60∙979 ∙21024=1.23∙10⁹

N₂=60nt= 60∙137.9∙21024=0,17∙10⁹.

N₁, N₂ > N_H0 , значит в обоих случаях K_HL=1.

 

 

 

 

Расчет на контактную прочность.

1. Межосевое расстояние:

Ψа=0,4;

По ГОСТ 2185-66 ближайшее межосевое расстояние мм.

2. m=(0,01 0,02) 250=2.5 5 мм;

Нормальный модуль зацепления принимаем по ГОСТ 9563-60 мм.

3.Угол наклона зубьев:

.

4. -суммарное число зубьев.

.

5. Число зубьев шестерни:

.

6. Число зубьев колеса:

.

7. Фактическое передаточное число:

8. Отклонение от заданного:

.

9.Окончательный угол  наклона зубьев:

. 
Расчет геометрических параметров передачи.

.

Делительный диаметр  шестерни:

.

Делительный диаметр  колеса:

мм.

Проверка: мм.

Начальный диаметр:

 мм – шестерни;

 мм – колеса.

Диаметры вершин зубьев:

 мм – шестерни;

 мм – колеса.

Диаметры впадин зубьев шестерни и  колеса:

 мм;

 мм.

Ширина колеса:

 мм.

Ширина шестерни:

 мм.

 

 

Проверочный расчет на контактную прочность.

Окружная скорость колеса:

 м/с

Принимаем  9-ю степень точности.

Коэффициент динамической нагрузки:

.

Коэффициент ширины колеса:

Коэффициент концентрации нагрузки:

;

Коэффициент нагрузки:

.

Коэффициент неравномерности  распределения нагрузки между зубьями:

;

Коэффициент торцевого перекрытия:

Коэффициент повышения прочности  косозубой передачи по контактной напряженности:

Контактное напряжение:

Перегрузка не превышает 5% 
Проверочный расчет зубьев на изгибающую прочность.

Эквивалентное число зубьев:

- шестерни;

- колеса.

Коэффициент формы зуба:

- шестерни;

- колес.

Коэффициент динамической нагрузки:

Коэффициент концентрации нагрузки:

Коэффициент нагрузки:

Коэффициент неравномерности  распределения нагрузки между зубьями:

Коэффициент повышения  прочности косозубой передачи по напряжениям изгиба:

Напряжение  изгиба:

Расчет ведем по т. к. оно наименьшее

 МПа

Проверка на кратковременную перегрузку.

Максимальное контактное напряжение:

.

 

 

 

2.3 Нагрузка валов редуктора

 

Окружная сила на шестерне и колесе:

;

Радиальная сила на шестерне и колесе:

;

Осевая сила на шестерне и колесе:

.

 

2.4 Проектный расчет валов

Быстроходный  вал:

Примем по ГОСТ 21424-75 d =45 мм

; 

.

Предварительно выбираем шарикоподшипники радиальные однорядные

Условное обозначение 210:

;

.

Грузоподъемность:

Динамическая  ;

Статическая .

 

 

Тихоходный  вал:

 

 

;

Приму по ГОСТ 21424-75 =80 мм;

;

;

Предварительно выбираем шарикоподшипники радиальные однорядные:

Условное обозначение 217:

;

;

;

 

Грузоподъемность:

Динамическая  ;

Статическая .

 

Эскизная компоновка редуктора

Цель эскизной компоновки – определение положения элементов  передач относительно опор (подшипников).

Эскизная компоновка редуктора выполняется в соответствии с требованием ЕСКД на миллиметровой бумаге формата А1 карандашом в тонких линиях желательно в масштабе 1:1  должна содержать одну проекцию – разрез по осям.

Шестерня и колесо вычерчиваются в виде прямоугольников. Длина ступицы колеса принимается  равной ширине венца и не выступает за пределы прямоугольника. Зазор между торцом шестерни и внутренней стенкой корпуса мм, где мм - толщина стенки корпуса редуктора . Зазор от окружности вершин зубьев колеса (шестерни) до внутренней стенки корпуса мм.

Предварительно выбираем схему установки «враспор». Параметры подшипников легкой серии  выбираем по диаметру и занесем в таблицу:

Вал	Подшипники
	Обозначение
Б/х вал	210		35.1	19.8
Т/х вал	217		83,2	53

Принимаем расстояние от торца подшипников до внутренней стенки корпуса редуктора мм.

Расстояния  от торца подшипника вала до точки приложения его радиальной реакции определяют по формуле:

мм – быстроходный вал;

 мм -тихоходный вал.

Измерением находим расстояния между реакциями быстроходного вала ;

тихоходного вала .

 

 

2.5 Определение опорных  реакций тихоходного вала. Построение  эпюр моментов. Проверочный расчет  подшипников.

 
Дано: , , .

, .

 

1. Плоскость XZ

;

     ;

   

Проверка:

Расчет моментов:

1-ый участок: 

;

;
м;

2-ой участок:

;

;
м;

 

2. Плоскость YX

;

 

   

Проверка:

Расчет моментов:

1-ый участок: 

;

;
м;

2-ой участок: 

;
м;	.

Определяем суммарные реакции:

Проверяем предварительно выбранный  шариковый радиальный подшипник 217 легкой серии:

; ; ;

Грузоподъемность:

Динамическая  ;

Статическая .

 

Определяем эквивалентную  нагрузку из формулы:

- коэффициент безопасности;

- температурный коэффициент;

- коэффициент вращения.   

 

Опора А.

Принимаем .

Расчетная долговечность :

тыс.ч. ;

 

Опора В.

Принимаем .

Расчетная долговечность  :

тыс.ч. ;

    

 

3 ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ

3.1 Конструктивная компоновка привода

Цель конструктивной компоновки – конструктивное оформление деталей и узлов редуктора открытой передачи и рамы.

Конструктивная компоновка редуктора выполняется на миллиметровой  бумаге формата А1 карандашом в контурных  линиях желательно в масштабе 1:1.  Шестерню чаще всего выполняют заодно с валом (вал-шестерня). Конструктивные размеры колеса приведены ниже. Колеса небольших размеров изготовляют обычно из штампованных заготовок без углублений и отверстий.

Конструктивные размеры  корпуса приведены ниже. При конструировании корпуса редуктора придерживаются установленных литейных уклонов, размеров элементов сопряжений, фланцев. Для заливки масла и осмотра в крышке корпуса делают окно, закрываемое крышкой.

В основании корпуса  делают отверстия под выбранный  маслоуказатель и сливную пробку.

Подшипники закрываются  чугунными глухими и сквозными  привертными крышками. В сквозных крышках делаются отверстия под  манжетные уплотнения   и для  прохода выходного конца вала . Для регулирования зазоров в подшипниках под фланец крышек  устанавливается набор стальных прокладок (толщиной ~1 мм).

Между торцами подшипников  и упорными буртиками валов (распорной  втулкой) устанавливаются мазеудерживающие кольца. Зазор между кольцом и  корпусом редуктора  ; выход на торец корпуса 1…2 мм.

Длина выходных концов валов  определяется длиной полумуфты (длиной ступицы открытой передачи). Конструктивно  выполняют валы в местах установки  ступиц подшипников, распорных колец  – выбираются фаски, радиусы закруглений (галтели), канавки для выхода шлифовального круга и резьбонарезного оборудования. Звездочка на тихоходном валу фиксируется концевой шайбой.

Для обеспечения точного  относительного положения электродвигатель и редуктор располагаем на раме, которую изготавливаем из стального проката – швеллеров, уголков, листов. Для определения конфигурации и размеров рамы вычерчиваем на листе бумаги в масштабе контуры муфты. Одну полумуфту соединяем с валом электродвигателя, а другую – с валом редуктора. Подрисовываем контуры редуктора и электродвигателя. После этого вычерчиваем контуры рамы и определяем ее длину L и ширину B и разность высот h опорных поверхностей электродвигателя и редуктора. Размеры L и B округляем до стандартных значений. Определяем высоту основного швеллера , по которой подбираем ближайший больший размер швеллера. Ширину полки швеллера проверяем на возможность размещения и монтажа крепежных деталей.

При небольшом размере h на раму наваривают листы требуемой толщины или опорные платики (высота платика 5…6 мм). При большом значении h раму наращивают швеллерами. Для крепления рамы применяем фундаментные болты (при длине рамы до 700 мм устанавливают 4 фундаментных болта диаметром при свыше 700…1000 мм – 6 болтов диаметром при L свыше 1000 до 1500 мм – 8 болтов диаметром ) На внутренней поверхности полок швеллеров по месту установки болтов привариваем косые шайбы для обеспечения торцов головок болтов и гаек относительно осей болтов.

В приводе с ременной передачей  для регулирования  натяжения ремней, электродвигатель устанавливают на салазках, которые крепят на раме болтами.

 

Конструктивные размеры  корпуса редуктора.

1. Толщина стенки корпуса и крышки редуктора:

мм;

Т.к. , то примем

мм;

Т.к. , то примем

2. Толщина верхнего пояса (фланца) корпуса:

3. Толщина нижнего пояса (фланца) корпуса:

4. Толщина нижнего пояса корпуса без бобышки:

 мм.

5. Толщина ребер основания корпуса:

 мм.

6. Толщина ребер крышки:

 мм.

7. Диаметр фундаментных болтов (их число ):

 мм.

8. Диаметр болтов:

- у подшипников;

- соединяющих основание корпуса  с крышкой.

9. Размеры, определяющие положение болтов :

 мм.

,

принимаем

10. Высоту бобышки под болт выбирают конструктивно так, чтобы образовалась опорная поверхность под головку болта и гайку. Желательно у всех бобышек иметь одинаковую высоту мм.

11. Диаметр отверстия гнезда под подшипник:

по наружному диаметру подшипника.

мм-длина гнезда подшипника.

12. Диаметр штифта:

13. Длина штифта:

мм.

14. Наименьший зазор между наружной поверхностью колеса и стенкой корпуса:

 мм.

 

Конструктивные размеры колес.

Колесо на тихоходном валу:

1. Диаметр вершин зубьев:

мм - штампованная заготовка;

2. Диаметр ступицы стальных колес:

мм;

3. Длина ступицы:

мм;

Приму длину ступицы  равной:

 мм;

4. Толщина обода:

мм;

5. Толщина диска:

 мм;

6. Диаметр центровой окружности:

мм;

7. Диаметр отверстий:

мм

мм;

8. Фаска:

;

Округляем до стандартного значения .

9. Радиусы закруглений и уклонов:

 

 

 

 

 

3.2 Смазывание. Смазочные устройства

В цилиндрическом косозубом  редукторе применяется картерное  смазывание т. к. (окунанием колеса, в масло, залитое внутрь корпуса). Зубчатое колесо погружается в масло на высоту зуба

 мм), где - модуль зацепления;

- диаметр делительной окружности колеса.

Объем масляной ванны редуктора определяется из расчета 0,5...0,8 л масла на 1 кВт  передаваемой мощности. Т. к. , то V=13.6…21.7 л. При м/c рекомендуемая вязкость масла должна быть примерно равна 28 cСт. По табл. 10.10[1] принимаем масло индустриальное И-30А (по ГОСТ 20799-75).

Смазывание подшипников  осуществляется разбрызгиванием масла зубчатым колесом.

 

3.3 Выбор муфты

В приводах общего назначения рекомендуется применять муфту  упругую втулочно-пальцевую (МУВП). Типоразмер муфты определяем по диаметру концов, соединяемых валов и расчетному вращающему моменту:

Быстроходный  вал:

- расчетный момент на валу  редуктора;

 – коэффициент, учитывающий  влияние эксплуатации при постоянной  нагрузке.

- допускаемый момент вращения  муфты.

-диаметры концов, соединяемых  валов.

Муфта УВП 1000-60-1.1-45-1.1 ГОСТ 20742-81

- длина полумуфты; - длина муфты.

Тихоходный  вал:

;

- диаметр выходного вала.

Муфта УВП 2000-80-1.1-80-1.1 ГОСТ 21424-75

- длина полумуфты; - длина муфты.

 

 

3.4 Расчет шпоночных соединений

Для шпоночных соединений быстроходного вала с полумуфтой или шкивом и тихоходного вала с зубчатым колесом или полумуфтой принимаем призматические шпонки со скругленными концами. Размеры поперечных сечений шпонок и пазов выбираем по ГОСТу 23360-78.

Проверяем прочность  шпонок на смятие по формуле:

  , где

- диаметр вала в месте расположения шпонки;

- сечение шпонки;

- длина шпонки;

- глубина паза;

МПа.

Быстроходный  вал:

 

Тихоходный вал:

Колесо:

 

На выходе:

 

 

3.5 Уточненный расчет валов

Цель уточненного расчета  валов – определение коэффициентов запаса прочности в опасных сечениях каждого вала и сравнение их с допускаемым значением

1. Предел выносливости  при симметричном цикле изгиба  для углеродистых сталей:

2. Предел выносливости при симметричном цикле касательных напряжений кручения:

3. Коэффициент запаса  прочности по касательным напряжениям:

4. Амплитуда и среднее  напряжение цикла:

5. Момент сопротивления  кручению сечения вала  :

6.

7.Коэффициент запаса  прочности по нормальным напряжениям изгиба: 

8. Амплитуда цикла  нормальных напряжений:

9. Момент сопротивления  изгибу:

10.

11. - эффективный коэффициент концентрации нагрузки.

- масштабный фактор;

- коэффициент чувствительности  материала к асимметрии цикла         ( для углеродистой стали);

12. Общий коэффициент  запаса прочности:

13. Суммарный изгибающий  момент в сечении А-А:

 

Тихоходный  вал.

Материал  сталь 40Х, термическая  обработка-улучшение.

 

 

1. Проведем расчету  по сечению А-А, где

 

.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8. .

 

 

1. Проведем расчету  по сечению Б-Б, где 

 

.

    2.

3.

4.

В сечении Б-Б вал  испытывает только касательные напряжения кручения, поэтому 

 

 

3.6 Сборка редуктора

Перед сборкой внутреннюю полость редуктора тщательно  очищают и покрывают маслостойкой краской.

Сборку производят в  соответствии со сборочным чертежом редуктора, начиная с узлов валов.

На быстроходный вал-шестерню устанавливают шарикоподшипники радиальные легкой серии, предварительно нагретые в масле до 80...100 .

В тихоходный вал закладывают  шпонку  и напрессовывают зубчатое колесо. Затем ставят распорное кольцо и устанавливают радиальные шарикоподшипники легкой серии, предварительно нагретые в масле до 80...100 .

Собранные валы укладывают в основание корпуса редуктора и надевают крышку корпуса. Стыковые поверхности крышки и основания корпуса должны быть покрыты спиртовым лаком. Крышку центрируют с помощью двух конических штифтов и затягивают болты, крепящие крышку к корпусу.

После этого на валы ставят крышки подшипников с комплектом металлических прокладок для регулировки.

Перед постановкой сквозных крышек в проточки закладывают манжеты, пропитанные горячим маслом. Проверяют проворачиванием валов отсутствие заклинивания подшипников (валы должны проворачиваться от руки) и закрепляют крышки винтами.