Проектирование привода общего назначения. 3

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ НАУКИ РФ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

 высшего профессионального  образования

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Механика»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетно-пояснительная  записка

 

к курсовому проекту

по курсу: «детали машин» на тему:

«Проектирование привода общего назначения»

Задание 10, вариант 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                          Выполнил: студент Посыпкин А.   .        

  

                                                                                            

                                                                             Проверил: Кичаев Е.К.

 

 

 

 

 

 

 

 

Самара 2012

 

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.

 

 СОДЕРЖАНИЕ

 

 

1. Техническое задание №10

на курсовой проект по деталям машин

студенту(ке)_____________ факультета_______ курс___  группа___

Спроектировать привод общего назначения

Схема привода

 

Исходные данные:

Нагрузка постоянная; ресурс 20000 ч.; тип производства: для редуктора- крупносерийное, для рамы- единичное.

 

2. Эскизный проект

2.1. Выбор электродвигателя

Кинематический  и силовой расчет привода

1) Определим общий  коэффициент полезного действия  привода

    ,

где - коэффициенты полезного действия редуктора передачи;

- коэффициент полезного действия  червячной передачи;

  - коэффициент полезного действия муфты.

=0.8

  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 4A80A4. Значение P_ном.д=1,1кВт, значение S=5,4%, мм.

Определим требуемую частоту двигателя  n , мин :

= 1500(1-5,4/100)= 1419мин ;

n =30w /p=(30·7,43)/3,14=70,98мин .

4) Определим  передаточное число 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 :

 кВт;

 кВт;

 кВт.

9)Моменты вращения на валах, Н м:

;

;

.

                                     

 

 

Выбор материала

Предварительно выбираем материал  со средними механическими характеристиками: для червяка – сталь 45 , термическая обработка – улучшение, твердость менее 350 НВ: для червячного колеса – БрАЖ9-4Л,  способ отливки-в кокиль.

Пределы выносливости.

 

σ =900МПа                   σ =500МПа

σ =750МПа                   σ =200МПа

 

  Скорость скольжения при проектном расчете предварительно вычисляется по эмпирической формуле:

м/с.

Допускаемое контактное напряжение:

МПа

Допускаемое напряжение изгиба:

МПа

Эквивалентное число  циклов: .

Предельное допускаемое контактное напряжение:

МПа

Предельное допускаемое  напряжение изгиба:

МПа.

 

 

 

Расчет на контактную прочность

 

1.Число заходов червяка:

При U=15…30 рекомендуется принимать .

2.Число зубьев колеса:

3.Коэффициент диаметра червяка:

q=10.

4.Межосевое расстояние:

мм.

По ГОСТ 2185-66 ближайшее межосевое расстояние мм.

5.Модуль:

.

Округляем до ближайшего стандартного значения по ГОСТ 2144-76 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Расчет основных геометрических параметров

1.Коэффициент смещения  червяка:

.

2.Межосевое расcтояние:

мм.

3.Делительный диаметр  червяка:

мм.

4.Делительный диаметр червячного колеса:

мм.

5.Начальный диаметр  червяка:

мм.

6.Делительный угол подъема:

;

.

7.Начальный угол подъема:

.

8.Диаметр вершин и  впадин витков червяка:

мм.

мм.

9.Диаметр вершин и впадин  зубьев колеса:

мм.

мм.

10.Наибольший диаметр червячного колеса:

мм.

11.Ширина венца колеса:

 мм.

Принимаем мм.

12.Длина нарезанной части червяка:

мм.

Принимаем  
Проверочный расчет на контактную прочность.

1.Окружная скорость червяка:

 м/с.

2.Окружная скорость червячного колеса:

 м/с.

Принимаем  8-ю степень точности.

3.Скорость скольжения:

м/с.

4.Коэффициент динамической нагрузки:

5.Коэффициент концентрации нагрузки:

;

6.Коэффициент нагрузки:

7.Контактное напряжение:

Недогрузка не превышает 15%.

 

Проверочный расчет зубьев на изгибающую прочность.

 

1.Эквивалентное число зубьев колеса:

.

2.Коэффициент формы зуба колеса:

.

Напряжение изгиба:

МПа .

 

 

 

2.3 Нагрузка валов редуктора

Окружная сила на червяке  и осевая сила на колесе:

Окружная сила на колесе и осевая сила на червяке:

Радиальная сила на колесе и червяке:

 

 

 

 

2.4 Проектный расчет валов

Быстроходный  вал:

 

Примем по ГОСТ 21424-75 d =20 мм

 

Предварительно принимаем  шарикоподшипники радиально-упорные однорядные

Условное обозначение 36205:

;

.

Грузоподъемность:

Динамическая  ;

Статическая .

 

 

Тихоходный  вал:

 

 

Приму по ГОСТ 21424-75 =30 мм

Предварительно принимаем роликоподшипники конические однорядные:

Условное обозначение 7207

;

;

;

 

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

Вал	Подшипники
	Обозначение	мм
Б/х вал	36205		16,7	9,1	-
Т/х вал	7207		38,5	26	0,37

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. 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 выбранные роликоподшипники конические  7207 легкой серии:

; ; .

Грузоподъемность:

Динамическая ;

Статическая .

Определяем эквивалентную  нагрузку из формулы:

- коэффициент безопасности;

- температурный коэффициент;

- коэффициент вращения.   

 

 

 

Осевые составляющие радиальных реакций подшипников:

;

.

 

Опора А.

Н.

Принимаем .

Расчетная долговечность  :

тыс.ч. ;

 

Опора В.

Принимаем .

Расчетная долговечность  :

тыс.ч. ;

        

2.6 Тепловой расчет  редуктора.

1. Приведенный угол  трения при  составляет .

2. КПД передачи:

3. Площадь поверхности теплоотдачи корпуса редуктора определяется по эмпирической зависимости:

м².

4. Температура масла:

Температура лежит в  пределах нормы

 

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:

3.

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.

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 ступицы:

2. Длина ступицы:

мм;

Приму длину ступицы  равной:

 мм;

3. Толщина диска:

 мм;

4. Радиусы закруглений и уклонов:

5. Толщина обода:

мм;

Принимаем

6. Фаска:

;

Округляем до стандартного значения .

7. Диаметр винта:

.

8. Длина ввинчивания:

.

9. Смещение:

.

10. Высота буртика:

.

11. Ширина буртика:

.

 

 

3.2 Смазывание. Смазочные устройства

В червячном редукторе применяется картерное смазывание т. к. (окунанием колеса, в масло, залитое внутрь корпуса). Червячное 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=0,5…0,8 л. При м/c рекомендуемая вязкость масла должна быть примерно равна 20 cСт. По табл. 10.10[1] принимаем масло индустриальное И-20А (по ГОСТ 20799-75).

 

3.3 Выбор муфты

В приводах общего назначения рекомендуется применять муфту  упругую втулочно-пальцевую (УВП). 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 63-22-1.1-20-1.1 ГОСТ 20742-81

- длина полумуфты; - длина муфты.

Тихоходный  вал:

;

- диаметр выходного вала.

Муфта УВП 250-30-1.1-30-1.1 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;

                или             

Быстроходный  вал:

 

Тихоходный  вал:

Колесо:

 

Выходной вал:

МПа.

 

 

 

3.5 Уточненный расчет валов

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

Сталь 40Х, термообработка улучшение.

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

2. Предел выносливости  при симметричном цикле касательных  напряжений кручения:

4. Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

4. Амплитуда и среднее  напряжение цикла:

5. Момент сопротивления  кручению сечения вала (мм ):

6.

7.Коэффициент запаса  прочности по нормальным напряжениям  изгиба: 

8. Амплитуда цикла  нормальных напряжений:

9. Момент сопротивления  изгибу:

10.

 

1. - эффективный коэффициент концентрации нагрузки.

- масштабный фактор;

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

12. Общий коэффициент  запаса прочности:

Тихоходный вал:

 

 

1. Проведем расчету по сечению А-А, где

 

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8. .

 

 

 

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  устанавливают роликоподшипники конические однорядные легкой серии, предварительно нагретые в масле до 80...100 . Затем устанавливают мазеудерживающие кольца.

В тихоходный вал закладывают  шпонки  и напрессовывают зубчатые колеса. Затем ставят мазеудерживающие кольца и устанавливают роликоподшипники конические однорядные легкой серии, предварительно нагретые в масле до 80...100 .

Собранный тихоходный вал укладывают в основание корпуса редуктора и надевают крышку корпуса. В отверстие крышки устанавливают собранный быстроходный вал. 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 в подшипниковые камеры закладывают пластичную смазку, 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.

Далее на конец ведомого вала в шпоночную канавку закладывают шпонку и устанавливают муфту. Затем ввертывают пробку маслоспускного отверстия с прокладкой и жезловый маслоуказатель.

Заливают в корпус масло и закрывают смотровое  отверстие с прокладкой из технического картона; закрепляют крышку болтами.

Собранный редуктор обкатывают и подвергают испытанию на стенде по программе, устанавливаемой техническими условиями.

 

4. РАБОЧАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ

4.1 Разработка сборочного чертежа редуктора

Сборочный чертеж редуктора  выполняется в двух проекциях  на основании разработанной конструкторской  компоновки.

На сборочном чертеже  указываются следующие размеры:

- габаритные (по предельным внешним очертаниям);

- присоединительные (диаметр  и длина концевого участка  быстроходного и тихоходного  валов);

- установочные (расстояния  между центрами фундаментных  болтов, высота центров посадки);

- посадочные (размеры  сопрягаемых поверхностей с указанием посадок);

- главный параметр  редуктора (межосевое расстояние  зубчатых передач, внешний делительный диаметр колес);