Проектирование редуктора. 3

Содержание

Введение…………………………………………………………………3

Глава I

Кинематический расчет привода……………………………………….4

Глава II

Расчет зубчатой цилиндрической передачи  ..………………………..6

Глава 3

Расчет и проектирование валов………………………………………...11

Глава 4

Расчет цепной передачи ………………………………………………..16

Глава 5

          Компоновка конструкции механических передач…………….………27

Глава 6

 Конструирование корпуса редуктора…………….………………28

Глава 7

Конструирование и расчет корпусных  деталей…………………………25

Глава 8

Выбор муфт ……………………………….………….…………………...30

Глава 9

Технологический процесс  изготовления детали………………………..31

Заключение……………………………………………………………......64

Литература………………………………………………………………...65

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Одним из важнейших факторов научно-технического прогресса, способствующих скорейшему совершенствованию общественного производства и росту его эффективности, является проблема повышения уровня подготовки специалистов.

Решению этой задачи способствует выполнение курсового проекта по «Деталям машин» базирующегося на знаниях  физико-математических и общетехнических дисциплин- математики, механики, сопротивления материалов, технологии металлов, черчения.

Объектом курсового  проектирования является одноступенчатый  редуктор -механизм, состоящий из зубчатой передачи, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины.

Назначение редуктора - понижение угловой скорости и  соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению  с ведущим валом.

Редуктор проектируется  по заданной нагрузке (моменту на выходном валу) и передаточному числу без указания конкретного назначения, что характерно для специализированных заводов, на которых организовано серийное производство редукторов.

Редукторы классифицируются по следующим признакам:

по типу передач (зубчатые, червячные или зубчато-червячные,

по числу ступеней (одноступенчатые, многоступенчатые);

по типу колёс (цилиндрические, конические, коническо-цилиндрические);

по расположению валов  в пространстве (горизонтальные, вертикальные).

 

Глава 1

Кинематический  расчет привода

    1. Расчет начинают с вычисления требуемой мощности электродвигателя

( Nтр,кВт), исходя из заданной мощности на рабочем валу механизма:

                                              Nтр= , где

n=30w/p ,

 

 

 

  - мощность на рабочем валу, кВт;

  - общий КПД двигателя.

                                        = = ,

где

  - КПД, учитывающие потери в отдельных элементах

                                  передачи ( зубчатых, ременных, и т.д., в подшипниках)..

   2. Определяют общее  передаточное число привода (это  отношение угловых скоростей ведущего и ведомого тел вращения передачи):

                                     iобщ=                              

   3.Угловая скорость  находится по формуле : требуемая частота вращения

вала электродвигателя равна: 

   4. По вычисленным  параметрам Nтр и выбирают электродвигатель

Выбираем двигатель  типом АИР112MB8  Nтр=3 кВТ   

   5. Вычисляют общее  фактическое передаточное число передачи:

 

   6. Основные параметры  всех элементов передач определяют  по следующим 

формулам:

мощность 

частота вращения вала  

угловая скорость 

крутящий момент 

 

 

 

 

 

Глава 2

Расчет  зубчатой цилиндрической передачи

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

1. Допускаемые контактные напряжения, МПа

,

где индексы "1" и "2" (здесь и далее) определяет параметры  шестерни и колеса соответственно;

s_HO - предел  контактной усталости поверхности зубьев, МПа (s_{H O} = 2НВ + 70);

[S_H] - коэффициент безопасности ([S_H]=1,1...1,2);

К_HL – 0.9

.

σ_{н limb1}=2H₁+70=2×280+70=730 МПа;

σ_{н limb2}=2H₂+70=2×245+70=560 МПа;

2. Допускаемое напряжение изгиба для материала зуба, МПа

,

МПа;

МПа.

 

где s_FO - предел выносливости зубьев при изгибе (зависит от термообработки), МПа (s_FO = 1,8НВ);

[S_F] - коэффициент безопасности ([S_F] = 1,25...2,3);

K_FC - коэффициент, учитывающий влияние приложения нагрузки (при одностороннем приложении нагрузки К_FC = 1);

K_FL - коэффициент долговечности зубьев (К_FL=1,0...2,1).

3. Крутящий момент на ведомом валу,

,

где i - передаточное отношение;

h - коэффициент полезного действия (для зубчатых передач h =   = 0,96...0,98).

 4. Межосевое расстояние передачи, мм:

,

где K_a - коэффициент (для прямозубых передач K_a = 49,5,

К_Нb - коэффициент неравномерности распределения нагрузки по ширине зубчатого венца (К_Нb = 1,0...1,48);

y_а - коэффициент ширины венца зубчатого колеса (зависит от положения колес относительно опор) принимается:

при симметричном расположении колес……..….………0,315; 0,4;

при несимметричном расположении колес…….….0,25; 0,315; 0,4;

при консольном расположении одного или обоих колес...0,2; 0,25.

 5. Ширина зубчатого венца, мм

;  .

 6. Модуль зубьев

Минимальное значение модуля m_min определяют из условия прочности:

,

где К_m - коэффициент, зависящий от вида передачи (для прямозубой - К_m = 6,8; для косозубой - К_m = 5,8;

[s_F] соответствует меньшему из значений [s_F]₁ и [s_F]₂.

Максимально допустимый модуль m_max определяют из условия неподрезания зубьев у основания

.

 7. Минимальный  угол наклона зубьев, град.

.

 8. Суммарное число зубьев

для прямозубой передачи:

,

где [Z_S] - наибольшее допустимое количество зубьев ( ).

Полученное значение Z_å округляют в меньшую сторону до целого числа.

 9. Фактический угол наклона зубьев (для косозубой и шевронной передач), град.

.     

 10. Число зубьев шестерни и колеса

;    .

Полученное значение z₁ округляют до целого числа. Для прямозубых колес z_1min = 17;

11. Фактическое передаточное число

.

Фактическое значение передаточного  числа не должно отличаться от номинального более чем на 5 %.

12. Делительные (начальные) диаметры, мм

для прямозубой передачи

  

;

13. Уточненное межосевое расстояние, мм

.

14. Диаметр вершин зубьев, мм

.

 мм;

 мм;

 

15. Окружная сила в зацеплении, Н

F_t =

.

16. Радиальная сила в зацеплении, Н

для прямозубых колес

;

где a_w - стандартный угол зацепления, град. (a_w = 20^o).

17. Проверка соблюдения условия прочности по контактным напряжениям, МПа

для прямозубой передачи:

10МПа,

 

где K_Ha - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения напряжений между зубьями (K_Ha = 1,01…1,12);

К_HV - коэффициент динамической нагрузки (для прямозубой - К_HV= 1,1...1,2;

 

Условие прочности по контактным напряжениям имеет вид

.

18. Проверка соблюдения условия прочности по напряжениям изгиба (производиться по наименьшему значению из s_F1 или s_F2), МПа

,

 МПа;

 МПа.

 

где K_{F a} - коэффициент неравномерности распределения нагрузки между зубьями (для прямозубых колес K_Fa = 1,

K_Fb - коэффициент неравномерности распределения нагрузки по

ширине зубчатого венца (K_Fb = 1,01...1,73);

K_FV - коэффициент динамичности (для прямозубых колес K_FV =   = 1,2...1,4;

Y_b - коэффициент, учитывающий наклон зуба ( ).

19. Диаметры впадин, мм

d_f1,2 = d_1,2 - 2,5m.

 мм;

 мм;

 

Высота ножки  h_f=1,25m=1,25×2.3=2,8 мм

Высота головки зубца h_a=m=2.3 мм

 

Глава 3

Расчет и проектирование валов

 

 Входного вала редуктора

1. Определяем диаметр  выходного конца вала:      

    Округляем  значение до ближайшего стандартного.

2. Определяем диаметр вала под подшипники (числа кратные «5»):

                                    

 

6. Размеры шпоночных пазов принимаем  в зависимости от диаметра  вала в 

    соответствующих 

 

 

 

 

 

 Проектный расчет тихоходного  вала редуктора.

 

1. Определяем диаметр выходного конца вала:      

    Округляем значение до  ближайшего стандартного.

2. Определяем диаметр вала под  подшипники (числа кратные «5»):

                                    

3. Определяем диаметр вала под зубчатые колеса: 

4. Остальные размеры выбираем конструктивно (из чертежей): длину выход-   

    ного конца вала; длину  цапфы под подшипник; длину  вала под цилиндри-

    ческое колесо; ширину  упорного буртика.

 

5. Размеры шпоночных пазов принимаем в зависимости от диаметра вала в

    соответствующих 

 

 

 

 

 

 

 Проверочный  расчет тихоходного вала редуктора.

 

1. Вычисляем крутящий  момент на валу редуктора    (значение

    берем из  кинематического расчета).

2. Определяем усилия  в зацеплениях зубчатых колес.

      2.1. Цилиндрическая  прямозубая передача:

              - окружное усилие        

              - радиальное усилие 

3. Вычисляем составляющие реакций опор в вертикальной плоскости (XOY):

 

 

:

:

:

:

 

 

 

 

 

 

      Выбор и проверка долговечности подшипников.

     1. Для опор  валов цилиндрических прямозубых  редук-торов применяют чаще всего  шариковые радиальные подшипники.

         Подшипники выбирают по статической  грузоподъемности. Первоначально назначают  подшипники легкой серии по  вычисленным ранее диаметрам  под подшипники. Если при последующем  расчете грузоподъемность подшипника  окажется недостаточной, то принимают подшипники средней серии.

     2. Для опор  вала конической шестерни применяют  конические роликовые

подшипники. Первоначально  также принимают подшипники легкой серии.

    

     Проверка долговечности подшипников на промежуточном валу.

     1. Предварительно назначают тип и схему установки подшипников.

     2. Выписывают  из таблиц данные подшипника, основное значение – ста-

тическая грузоподъемность  .

     3. Вычисляют  максимальное значение осевых  и радиальных усилий:

                           

Из двух значений выбираем максимальное   и сравниваем со статической грузоподъемностью . Из условия   >   выбираем подшипники легкой или средней серии.

     4. Долговечность определяют  по формуле: 

                                    , где

- коэффициент долговечности  подшипника;

- коэффициент, зависящий от  свойств металла деталей подшипника  и 

       условий его  эксплуатации;

- динамическая грузоподъемность;

n – частота вращения вала;

К – показатель степени:  К=3 – для шариковых подшипников,

                                           К= - для роликовых подшипников.

- эквивалентная нагрузка:   = (V∙X∙ + Y∙ )∙ ∙ = , где

- коэффициент безопасности;

- температурный коэффициент;

V – коэффициент вращения кольца, при вращении внутреннего кольца V=1;

X, Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузок.

     5. Находим  радиальное и осевое усилия.

Радиальная сила:    = ∙   , где

= или ;          - коэффициент эквивалентности, =0,8

= ∙ , где   - коэффициент минимальной осевой нагрузки.

Выбирают  из графика в зависимости от соотношения .

По соотношению  выбирают по таблицам X и Y.

Вычисленную долговечность сравнивают с требуемым ресурсом :

                                                    L >

 

 

 

 

 

Глава 4

 

Расчет  цепной передачи.

 

Выбираем приводную роликовую однорядную цепь. Вращающий момент на ведущей звездочке  
Т₂ =120·10³ Н·мм  
Передаточное число было принято ранее  
i =3  
Число зубьев: ведущей звездочки  
z₃ =31–2i =31–2*3≈25  
ведомой звездочки  
z₄ =z₃ *i =25*3=75  
Принимаем  
z₃ =25; z₄ =75  
Тогда фактическая  
_i =z₄ /z₃ =75/25=3  
Отклонение  
((3–3)/3)*100%=0%, что допустимо.  
Расчетный коэффициент нагрузки  
К_э=k_д k_а k_р k_н k_см k_п=1*1*1*1,25*1*1=1,25, где                  
k_д =1 – динамический коэффициент при спокойной нагрузке;  
k_а=1 – учитывает влияние межосевого расстояния;  
k_н=1 – учитывает влияние угла наклона линии центров;  
k_р – учитывает способ регулирования натяжения цепи;  k_р= 1,25 при периодическом регулировании цепи;  
k_см=1 при непрерывной смазке;  
k_п= 1 учитывает продолжительность работы в сутки, при односменной работе.  
Ведущая звездочка имеет частоту вращения  
n₂ =236 об/мин             Среднее значение допускаемого давления n₂ ≈300 об/мин  
[p]=20МПа  
Шаг однорядной цепи (m=1) 
t = 25,4 мм;

разрушающую нагрузку Q ≈ 31,80 кН; массу q = 1,9 кг/м; А_оп = 105,8 мм²               
Давление в шарнире проверяем по формуле  
                
Уточняем допускаемое давление [p] = 22[1 + 0,01(22 - 17)] = 23,1МПа. Условие p < [p] выполнено. В этой формуле 22 МПа – табличное значение допускаемого давления при n = 300 об/мин и t = 25,4 мм.

Определяем число звеньев цепи  
                  
где a_t =a_ц /t=50; z_Σ =z₃ *z₄ =25+75=100;   
Δ=z₃ –z₄  /2π=75–25/2*3,14=7,9  
Тогда  
L_t =2*50+0,5*100+7,9/50=157,076  
Округляем до четного числа L_t =157.  
Для свободного провисания цепи предусматриваем возможность уменьшения межосевого расстояния на 0,4%, т.е. на 951 * 0,004 ≈ 4 мм.  
Определяем диаметры делительных окружностей звёздочек  
d_д3 =t/sin(180/z₃)=19,05/sin(180/23)=139,97мм;  
d_д4 =t/sin(180/z₄)=19,05/sin(180/87)=527,66мм.  
Определяем диаметры наружных окружностей звёздочек  
D_e3 =t(ctg(180/z₃)+0,7)–0,3d₁ =t(ctg(180/z₃)+0,7)–3,573  
где d₁ =11,91мм – диаметр ролика цепи  
D_e3 =19,05(ctg(180/23)+0,7)–3,573=148,8мм  
D_e3 =19,05(ctg(180/87)+0,7)–3,573=537,5мм  
Силы, действующие на цепь:  
окружная F_tц =1670,8Н определена выше;  
от центробежных сил F_v = qv2 = 1,9 * 2,092 ≈ 8 H, где q = 1,9 кг/м  
от провисания F_ƒ = 9,81k_ƒ qa_ц = 9,81 * 1,5 * 1,9 * 0,951 = 54,54 Н, где k_ƒ  = 1,5 при угле наклона передачи 45°;  
Расчетная нагрузка на валы  
F_в =F_tц +2F_ƒ =1670,8+2*54,54=1779,88Н.  
Проверяем коэффициенты запаса прочности цепи  
                   
Это больше, чем нормативный коэффициент запаса [s] ≈ 8,4 следовательно, условие s>[s] выполнено.  

Глава 5

Компоновка  конструкции механических передач

     Первый  этап компоновки служит для  приближенного определения положения  колес относительно опор.

     Компоновочный чертеж выполняется в одной проекции – разрез по осям валов при снятой крышке редуктора.

1. Цилиндрический  редуктор.

1. Проводим вертикальную  осевую линию – ось ведущего  вала.

2. Откладываем межосевое  расстояние –ось ведомого вала  для одноступенчатого  редуктора.

3. По найденным ранее  размерам вычерчиваем шестерню  и колесо в зацепле-

    нии.

4. Откладываем межосевое  расстояние – ось ведомого  вала.

5. Чтобы поверхность  вращающихся колес не задевали  за внутренние по-

    верхности  стенок корпуса, между ними оставляют зазор  а, мм:

                                         , где

   L – расстояние между внешними поверхностями деталей передач, мм.

6. Вычисленное значение а округляют в большую сторону до целого числа.

7. Расстояние между торцовыми поверхностями колес одноступенчатого

    редуктора  принимают с=(0,3…0,5)а=5.5мм.

8. Расстояние  между дном корпуса и поверхностью колес : 4а.

9. Вычерчиваем (ориентировочно) валы.

10. Предварительно намечаем  шариковые радиальные подшипники  легкой 

    серии.

 

 

 

 

 

Глава 6

Конструирование корпуса редуктора.

 

     Корпусные  детали имеют обычно сложную  форму, поэтому их получают  методом литья или методом  сварки. Для изготовления литых корпусных деталей широко используют чугун или легкие сплавы (алюминиевые, магниевые).

     Корпусная  деталь состоит из стенок, ребер,  бобышек, фланцев и других элементов.

     При конструировании  литой корпусной детали стенки  следует выполнять одной толщины (по возможности). Для редукторов толщину стенки вычисляют по формуле:       

                                                  , где

T – вращающий момент на ведомом валу редуктора, Н∙мм.

     Для удобства  сборки корпус выполняют разъемным. Плоскость разъема проходит через оси валов. Нижнюю часть называют корпусом, а верхнюю –

крышкой корпуса.

     Разработку  конструкции начинают с прорисовки  контуров нижней (корпуса) и верхней  (крышки корпуса) частей.

     Из центра  выходного вала проводят дугу радиусом : 

                                , где

- наружный диаметр зубчатого  колеса;

а – зазор.

     Из центра  входного вала проводят дугу  радиусом  , в качестве которого принимают большее значение из следующих двух:

           или        , где

- наружный диаметр шестерни;

D – диаметр отверстия в корпусе для опоры входного вала.

     Толщина  стенки крышки корпуса , где

- толщина стенки корпуса.

     Расстояние  между дном корпуса и поверхностью  колеса:  .

Для соединения корпуса  и крышки по всему контуру плоскости  разъема выполняют специальные фланцы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 8

Выбор муфт.

Муфты подбирают крутящим моментом в соответствующих справочниках. Другим важным показателем муфт является предельная частота вращения. Для соединения вала двигателя с валом редуктора преимущественно используют упругие муфты, которые компенсируют несоосность валов и уменьшают динамическую нагрузку элементов привода. Выходной вал редуктора соединяют с захватом машины с помощью глухих или жестких компенсационных муфт чтобы обеспечить соответствующую жесткость нагрузочной системы машины.

Перед тем, как выполнять  рабочие чертежи деталей редуктора  необходимо ознакомиться с рабочими чертежами типовых деталей (валов, вал - шестерни, червей, зубчатых цилиндрических, конических и червячных колес, корпусных деталей), которые приведены в учебных пособиях . Это позволит правильно поставить размеры, допуски, шероховатость поверхностей.

Разработка другого  узла испытательной установки (захвата, реверсора, тензометра т.д.) выполняется  по схеме, согласованной с руководителем проекта.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 9

Технологический процесс изготовления детали.

Выбор способа получения заготовки

 

 

При выборе метода получения заготовки учитывают следующие факторы:

- материал заготовки;

- конфигурация детали;

- объем выпуска деталей и тип производства.

При среднесерийном производстве желательно получение формы заготовки, максимально приближенной к форме  детали. Кроме этого, необходимо учитывать  не только эксплуатационные условия  работы детали, ее размеры и форму, но и экономичность производства.

Проектируемая деталь изготавливается  из стали 10. Технические требования, предъявляемые к данной детали для данной марки стали можно получить без применения особого и специального оборудования.

Учитывая эти факторы, выбран метод  получения заготовки в виде круглого проката. Принимаем сталь горячекатаную круглую ГОСТ 2590-71 диаметром Ø160 мм.

 

Определение этапов и методов обработки  поверхностей

 

Количество и последовательность этапов обработки выбираются в зависимости  от квалитета и шероховатости поверхности.

При выборе метода обработки поверхности  исходят из его технологических  возможностей:

- обеспечения точности и качества поверхности;

- величиной снимаемого припуска;

- времени обработки исходя из  производительности.

 Для получения поверхностей заданных чертежом точности и качества должна планироваться обработка в несколько этапов. Поэтому при необходимости назначаются промежуточные состояния поверхностей.

Выбор методов и этапов обработки отображен на рисунке 9.1 и в таблице 9.1.

Рисунок 9.1 - Нумерация обрабатываемых поверхностей детали

 

Таблица 12.1 - Выбор методов и этапов обработки

Номер поверхности	I этап		II этап		III этап		IV этап
	14-12 кв	Ra(≥6,3)	11-10 кв	Ra(6,3-3,2)	9-8 кв	Ra(3,2-1,6)	7-6 кв	Ra(1,6-0,8)
1	2		3		4		5
1	Подрезать однократно
2	Точить однократно
3	Подрезать предварительно		Подрезать окончательно
4	Точить предварительно		Точить окончательно		Шлифовать однократно
5	Подрезать предварительно		Подрезать окончательно
6	Расточить однократно
Продолжение таблицы 9.1
1	2		3		4		5
8	Точить однократно
10	Сверлить отверстие
12	Зенковать отверстие

 

9.4 Формирование операций и разработка операционных эскизов

 

На основание таблицы 9.1 формируем технологические операции с выбором оборудования и последующем синтезом схем базирования.

 

9.4.1 Формирования маршрутного описания

 

Каждый этап обработки  поверхностей может рассматриваться  в виде одной операции, а можно  несколько этапов объединить в одну операцию или этап разбить на несколько  операций.

В соответствии с принятыми этапами обработки поверхностей в таблице 9.1  маршрутное  описание  будет состоять   из   7   операций   представленных  в

таблице 9.2. 

 

Таблица 9.2 -  Маршрутное описание технологического процесса

Номер операции	Наименование операции	Номер поверхности
1	2	3
000	Заготовительная
005	Токарно-револьверная	1, 2, 3, 4, 5, 6, 8
Продолжение таблицы 9.2
1	2	3
010	Вертикально-сверлильная	10
015	Вертикально-сверлильная	12
020	Круглошлифовальная	4
025	Моечная
030	Контрольная

 

На основание таблицы 9.2 выполнены иллюстрации маршрута обработки.

 

9.4.2 Обоснование выбора схем базирования

 

С учетом ранее принятых решений: концепции технологии механической обработки, вида заготовки и метода её получения; с учетом количества этапов  обработки каждой поверхности и выборе методов на каждом этапе, необходимо конкретизировать количество технологических операций и их названия, порядок их выполнения, составить общий план каждой операции, т.е. разбить каждую операцию на установы, назначить технологические базы, распределить этапы обработки поверхностей между операциями и установами. Это позволяет детально разобрать каждую операцию технологического процесса, т.е. разбивке операции на отдельные переходы, определению содержания каждого перехода, применяемого вспомогательного и режущего инструмента.