Расчет привода с косозубым редуктором
МИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ТЕКСТОВЫЙ ДОКЕМУНТ
к курсовой
работе
по
дисциплине «Детали машин и основы конструирования»
Тема: «Расчет привода с косозубым редуктором»
ПКР.030.00.00.ПЗ
ПКР.030.00.00.
Выполнил
студент
Проверил,
МИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой
работе
по
дисциплине «Детали машин и основы конструирования»
Тема: «Расчет привода с косозубым редуктором»
ПКР.030.00.00.ПЗ
Выполнил
студент курса,
Проверил,
профессор:
Оглавление
3.12 Уточняем динамический коэффициент………………………………17
3.13 Уточняем коэффициент неравномерности
распределения нагрузки…………………………………………………………
3.14 Уточняем коэффициент распределения нагрузки между зубьями... .19
3.15 Уточняем коэффициент нагрузки…………………………………… .19
3.16 Проверяем на контактное напряжение………………………………..19
3.17 Проверка на рациональность проекта………………………………...20
4 Расчет цепной передачи…………………………………………………...
4.1 Определение шага цепи……………………………………………….. .21
4.2 Определяем число зубьев на ведомой звездочке……………………. .22
4.3 Уточняем передаточное число………………………………………….22
4.4 Определяем окружную скорость ведущей звездочки………………...23
4.5 Определяется действующее удельное давление…………………….. .23
4.6 Определяем межосевое расстояние…………………………………... .23
4.7 Определяем число звеньев в цепи……………………………………. .23
4.8 Рассчитываем уточненное межосевое расстояние………………….. .24
4.9 Определяем число ударов цепи при входе
в зацепление со звездочкой……………………………………………………
4.10 Коэффициент запаса прочности…………………………………….. .25
4.11 Определяем давление на валы………………………………………. .26
4.12 Определяем критическую частоту вращения………………………. .27
4.13 Требования на сборку………………………………………………... .
Заключение……………………………………………………
Список используемых источников……………………………………………...
Введение
В данной работе мне нужно провести расчеты по приводу и косозубому цилиндрическому редуктору, в которых нужно будет подобрать и выбрать двигатель, основные размеры составляющих элементов редуктора, а также размеры цепной передачи и её компонентов.
Распишу последовательность работы.
В первую очередь нужно будет подобрать двигатель и обозначить основные его параметры, а также найти передаточные числа звеньев схемы, моменты на отдельных участках и частоту вращения каждого вала.
После чего переходим к выбору материала и расчету редуктора и его составляющих, а именно: межосевое расстояние, размеры шестерни и колеса и количество зубьев на них, а также предельного и действующего напряжения.
Затем рассчитывает цепную передачу, где определяем размеры ее составляющих.
1 Исходные данные
- Схема рассматриваемого привода с цилиндрическим одноступенчатым косозубым редуктором
Рисунок 1 «Схема привода с цилиндрическим косозубым одноступенчатым редуктором»
- Исходные значения данных для расчета
Полезная сила, передаваемая цепью элеватора: F = 1.5 kH
Скорость цепи: V =2 м/с
Диаметр звездочки на рабочем органе: D = 1,25 м
Материал зубчатых колес редуктора: Сталь 35
Долговечность
привода: 1000
2 Кинематический расчет привода
2.1 Расчет мощности на рабочем органе
, (1)
где – мощность на рабочем органе, кВт;
– полезная сила, kH;
V – скорость цепи, м/с.
2.2
Расчет мощности
, (2)
, (3)
где Nэл. – мощность электродвигателя, кВт;
Np.o. – мощность на рабочем органе, кВт;
ɳ о – КПД общее;
ɳ оп. подш. – КПД на опорных подшипниках;
ɳ цп. откр. – КПД на цепной передаче открытого типа;
ɳ зп. закр. – КПД на зубчатой передачи закрытого типа;
ɳ м – КПД на муфте.
2.3 Выбор электродвигателя
По найденной мощности подбираем электродвигатели из стандартно имеющихся.
Для нашей мощности подходит двигатель:
А02-42-6
- Nэл. = 4,0 кВт;
- n = 960 мин-1
2.4 Определение диапазона передаточных чисел, которые может осуществить схема задания
Чтобы определить диапазон передаточных чисел нужно найти min и max передаточного числа для заданной схемы. Есть уже подсчитанные по min и max рекомендованные значения передаточных чисел передач. (Таблица 1)
Таблица 1 «Рекомендованные передаточные числа»
Тип передачи |
Рекомендованные передаточные числа | |
средние |
макс.(не желательно) | |
Закрытая цилиндрическая зубчатая |
3…6 |
10 |
Открытая цилиндрическая зубчатая |
3…7 |
12 |
Цепная |
2…6 |
8 |
Ременная |
2…5 |
7 |
Определяем пределы передаточных чисел:
,
где ; (4.1)
; (4.2)
, – передаточные числа цепной передачи max и min соответственно;
, - передаточные числа закрытой цепной передачи max и min соответственно.
Следовательно, наше значение передаточного числа должно находится в пределах
2.5 Определяется частота вращения рабочего органа
, (5)
где V – скорость цепи, м/с;
D – диаметр звездочки, м.
2.6
Определение передаточное
, (6)
где ni – частота вращения, мин-1;
nр.о. – частота вращения рабочего органа, мин-1.
2.7 Разбиваем общего передаточного отношения Uобщ. на составляющие
U1/2 = 5,6825
U2/3 = 5,5285
Проверяем полученные значения передаточных чисел
Uобщ. = U1/2 U2/3 = 5,6825 5,5285 = 31,4166
2.8 Разбиваем частоту вращения по составляющим
Определяем частоту вращения первого вала:
Определяем частоту вращения второго вала:
, (7)
где n1 – частота вращения на электродвигатели, мин-1;
U1/2 – передаточное число в редукторе.
Определяем частоту вращения третьего вала:
, (8)
где n2 – частота вращения на выходе в редукторе, мин-1;
U2/3 – передаточное число 2 и 3 валов.
2.9 Определение крутящего момента на рабочем органе
, (9)
где F – полезная сила, H;
D – диаметр звездочки на рабочем органе, м.
2.10 Определение крутящих моментов на валах
Момент на 3 валу:
, (10)
где - крутящий момент на рабочем органе,;
ɳоп.подш. - КПД на опорных подшипниках;
- крутящий момент на 3 валу,.
.
Момент на 2 валу:
, (11)
где - крутящий момент на 2 валу, ;
ɳоп.подш. - КПД на опорных подшипниках;
- крутящий момент на 3 валу, ;
ɳ цп. откр. – КПД на цепной передаче открытого типа.
U2/3 – передаточное число 2 и 3 валов.
Момент на 1 валу:
, (12)
где - крутящий момент на 2 валу, ;
ɳоп.подш. - КПД на опорных подшипниках;
U1/2 – передаточное число 1 и 2 валов;
- крутящий момент на 1 валу, ;
ɳ зп. закр. – КПД на зубчатой передачи закрытого типа.
2.11 Занесем полученные данные в таблицу
Таблица 2 «Результаты расчетов»
номер вала |
n, мин-1 |
М, Hм |
М, Hмм |
передаточное отношение |
1 |
960 |
33,2391 |
33,23911000 |
U(1/2)= |
2 |
168,0701 |
185,1311 |
185,1311 1000 |
U(2/3)= 5,5285 |
3 |
30,5582 |
942,211 |
942,2111000 |
3 Расчет одноступенчатого цилиндрического редуктора
Исходные данные берутся из кинематического расчета, выполненного в пункте 2.
3.1
Назначение первоначальных
Назначение материала шестерни:
Сталь 45, отпуск 400°C, НВ = 350
Ϭв = 1190 Н/мм2 (МПа) - предел кратковременной прочности;
Ϭт = 1020 Н/мм2 (МПа) - предел текучести для остаточной деформации.
Назначение материала колеса:
Сталь 35, отпуск 400°C, НВ = 268
Ϭв = 911 Н/мм2 (МПа) - предел кратковременной прочности;
Ϭт = 750 Н/мм2 (МПа) - предел текучести для остаточной деформации.
Определяем допускаемые напряжения:
, (13)
где – предварительная выносливость образца по контактному напряжению, ;
– коэффициент безопасности,
который зависит от вида
– коэффициент долговечности.
Определим предварительную выносливость образца по контактному напряжению
, (14)
где НВ – прочность.
Определим коэффициент долговечности
, (15)
где - базовое число циклов;
– число циклов, которое сделает наша передача.
Определяембазовое число циклов:
, (16)
где НВ – прочность.
25
Определим число циклов, которое сделает наша передача:
, (17)
где n – частота вращения, мин-1;
t – время привода, ч.
По полученным значениям подставляем в формулу (15) и получаем:
= 1,1
Подставим значения в формулу (13) и найдем допускаемое напряжение:
3.2 Определяем предварительное межосевое расстояние
, (18)
где U – передаточное число;
– коэффициент нагрузки ( – для симметричного расположения валов);
– момент, Нмм;
– коэффициент зависимости ширины колеса от межосевого расстояния ( – для тихоходных передач);
- допускаемое напряжение, Н/мм.
3.3 Задаем число зубьев на шестерне Z1
Z1 = 20
3.4 Определяем число зубьев на колесе Z2
Z2 = Z1 U, (19)
где Z1 – число зубьев на шестерне;
U – передаточное число.
Z2 = 20 5,6825 = 113,65
Округляем до целого = 114
3.5 Определяем действительное передаточное число
, (20)
где - число зубьев на колесе;
Z1 – число зубьев на шестерне.
Определим процентное отклонение от ранее вычисленного передаточного числа:
(20.1)
где передаточное число;
ране определенное
Так как процентное отклонение меньше 3, то такая погрешность допускается.
3.6 Определяем действующий модуль
, (21)
где β – угол наклона зуба;
- число зубьев на шестерне и колесе соответственно;
а – межосевое расстояние, мм.
Значение модуля берем по ГОСТ 9563-80
3.7 Определяем диаметры шестерни и колеса
Определяем диаметр делительной окружности:
, (22)
где - модуль, мм;
- число зубьев;
β – угол наклона зуба.
Определяем диаметр окружности вершин:
, (23)
где - модуль, мм;
– диаметр делительной
Определяем диаметр окружности впадин:
, (24)
данные аналогичны формуле (23).
3.8 Определяем действительное межосевое расстояние
, (25)
где – диаметр делительной окружности шестерни и колеса соответственно, мм.
3.9 Определяем действительный угол наклона зубьев относительно горизонта
, (26)
где - модуль, мм;
- число зубьев шестерни и колеса соответственно;
- межосевое расстояние, мм.
3.10 Определяем ширину зубьев шестерни и колеса
Определяем ширину зуба на колесе :
, (27)
где – коэффициент зависимости ширины колеса от межосевого расстояния;
- межосевое расстояние, мм.
Округляем до целого = 34
Определяем ширину зуба на шестерне:
, (28)
где – ширина зуба на колесе, мм.
3.11 Определяем окружную скорость
Так как у нас колесо и шестерне находятся в постоянном зацеплении, то окружные скорости будут одинаковы. Следовательно, можно найти
только одну окружную скорость.
;
, (30)
где - основной диаметр, соответствующий шестерни или колесу, мм;
– частота вращения на соответствующем звене, мин-1;
- модуль, мм;
Z1 – число зубьев на шестерне.
По найденной скорости определяем степень точности изделия по таблице 3.
Таблица 3 «Степень точности от окружной скорости»
степень точности |
окружная скорость, м/с |
||
β =0 |
β >0 | ||
6(высокая точность) |
до 15 |
до 25 |
высокоскоростная передача |
7(точная) |
до 10 |
до 17 |
большая скорость |
8(средняя точность) |
до 6 |
до 10 |
общего применения |
9(низкая точность) |
до 2 |
до 3,5 |
тихоходная передача |
Исходя из полученной окружной скорости, которая равна V = м/с, наша степень точности 9.
3.12 Уточняем динамический коэффициент
определяем по окружной скорости V, прочности НВ и степени точности по таблице 4.
Таблица 4 «Зависимость динамического коэффициента от окружной скорости, прочности и степени точности»
степень точности |
прочность |
Окружная скорость, м/с | ||||
1 |
2 |
5 |
8 |
10 | ||
7 |
НВ<350 |
1,04/1,02 |
1,12/1,06 |
1,2/1,08 |
1,32/1,13 |
1,4/1,16 |
8 |
НВ<350 |
1,05/1,02 |
1,15/1,06 |
1,24/1,1 |
1,38/1,15 |
1,48/1,19 |
9 |
НВ<350 |
1,06/1,02 |
1,12/1,06 |
1,28/1,11 |
1,45/1,18 |
1,56/1,22 |
Исходя из таблицы для косозубой передачи.
3.13 Уточняем коэффициент неравномерности распределения нагрузки
Коэффициент находим исходя из данной монограммы 1, учитывая коэффициент, учитывающий размерность между диаметром и шириной зуба.
Монограмма 1
(31)
где – ширина зуба на шестерне, мм;
– основной диаметр шестерни, мм.
Найдем:
Учтя все данные.
3.14 Уточняем коэффициент распределения нагрузки между зубьями
Коэффициент уточняем по таблице 5.
Таблица 5 «Зависимость коэффициента от окружной скорости и степени точности»
окружная скорость, м/с |
степень точности |
К_Нα^* |
до 5 |
7 |
1,03 |
8 |
1,07 | |
9 |
1,13 | |
от 5 до 10 |
7 |
1,05 |
8 |
1,1 | |
от 10 до 15 |
7 |
1,08 |
8 |
1,15 |
Исходя из данных.
3.15 Уточняем коэффициент нагрузки
, (32)
где - динамический коэффициент;
- коэффициент неравномерности распределения нагрузки;
- коэффициент распределения
3.16 Проверяем на контактное напряжение
, (33)
где - действующее межосевое расстояние, мм;
- передаточное число;
- коэффициент нагрузки;
– момент на 2 валу, Нмм;
- ширина зуба колеса, мм.
3.17
Проверка на рациональность
Чтобы проект был рациональным недогрузка по напряжению не должна превышать 10%, а перегрузка не должна быть больше 5%.
, (34)
где – допускаемое напряжение, Н/мм;
- контактное напряжение, Н/мм.
Так
как, то проект рационален.
4 Расчет цепной передачи
4.1 Определение шага цепи
Исходные значения
Т2вых = Т1 = 33239,1 Нмм – момент на первой звездочке;
n = 168,0701 мин-1 – частота вращения на 2 валу;
U = 5.5285 – передаточное отношение.
, (35)
где - эксплуатационный коэффициент;
- момент на первой звездочке, Нмм;
- число зубьев на ведущей звездочке;
– удельное давление, МПа.
Определим эксплуатационный коэффициент:
, (36)
где коэффициент характера нагрузки (- спокойный характер нагрузки);
коэффициент влияния межосевого расстояния (межосевое расстояние находится в пределах (30…50);
коэффициент, учитывающий способ регулировки (способ регулировки натяжения оттяжным роликом);
коэффициент наклона к
коэффициент характера смазки (смазка периодическая);
коэффициент сменности ( двухсменная)
Определим число зубьев на ведущей звездочке:
, (37)
где передаточное отношение.
Определим удельное давление:
Удельное давление находим по таблице 6 зависимости удельного давления от скорости.
Таблица 6 «Зависимость удельного давления от скорости»
скорость, м/с |
0,1 |
0,4 |
1,0 |
2,0 |
4,0 |
6,0 |
8,0 |
10,0 |
удельное давление, Мпа |
32 |
28 |
25 |
21 |
17 |
14 |
12 |
10 |
Возьмем скорость V = 0,7 м/с и относительно нее возьмем удельное давление, тогда удельное давление будет равно.
Подставляем данные в уравнение (35) и находим шаг цепи
Используя ГОСТ 13568-97 шаг цепи берем.
4.2 Определяем число зубьев на ведомой звездочке
, (38)
где- число зубьев на ведущей звездочке;
передаточное отношение.
Полученный результат округляем до целого нечетного числа.
4.3 Уточняем передаточное число
, (39)
где - число зубьев на ведущей звездочке;
- число зубьев на ведомой звездочке.
Определим отклонение от предыдущего по формуле (21.1)
Так как процентное отклонение меньше 3, то такая погрешность допускается.
4.4 Определяем окружную скорость ведущей звездочки
, (40)
где - число зубьев на ведущей звездочке;
шаг цепи, мм;
n1 – частота вращения, мин-1.
Уточним удельное давление по таблице 6:
4.5 Определяется действующее удельное давление
, (41)
обозначения смотреть уравнение (35).
4.6 Определяем межосевое расстояние
, (42)
где шаг цепи, мм.
4.7 Определяем число звеньев в цепи
, (43)
где А – межосевое расстояние, мм;
шаг цепи, мм;
- число зубьев на ведущей звездочке;
- число зубьев на ведомой звездочке.
Полученное число округляем до целого и получаем
4.8 Рассчитываем уточненное межосевое расстояние
, (44)
где число звеньев в цепи;
шаг цепи, мм;
- число зубьев на ведущей звездочке;
- число зубьев на ведомой звездочке.
4.9 Определяем число ударов цепи при входе в зацепление со звездочкой
, (45)
где- число зубьев на ведущей звездочке;
n1 – частота вращения, мин-1;
число звеньев в цепи.
Для того чтобы цепь не разорвалась число ударов не должном превышать предельное число ударов, определяемое по таблице 7.
Таблица 7 «Зависимость числа ударов от шага цепи»
шаг цепи, мм |
12,7 |
15,87 |
19,05 |
25,4 |
31,75 | |
число ударов цепи, мин^(-1) |
роликовое |
30 |
23 |
18 |
15 |
12 |
зубчатое |
40 |
33 |
25 |
15 |
12 |
Исходя из таблицы, предельное число ударов равно
Наше значение меньше предельного, следовательно, цепь не разорвется.
4.10 Коэффициент запаса прочности
, (46)
гдеразрушающая сила, Н;
действующее максимальное
, (47)
где окружная сила, Н;
сила воздействия веса цепи, Н;
сила от динамических воздействий, Н;
сила от инерциальных воздействий, Н.
Определим окружную силу:
, (47.1)
где момент на ведущей звездочке, Нмм;
диаметр ведущей звездочки, мм.
Определим диаметр ведущей звездочки
, (47.1.1)
где шаг цепи, мм;
- число зубьев на ведущей звездочке.
Следовательно
Определим силу воздействия веса цепи:
, (47.2)
где m – коэффициент массы на метр цепи, кг/м (определяем по ГОСТ13568-97 m = 0,8);
К – коэффициент расположения цепи (К = 6 – горизонтальное расположение);
– межосевое расстояние, м.;
Определим силу от динамических воздействий:
, (47.3)
где m – коэффициент массы на метр цепи, кг/м;
скорость цепи, м/с.
Определим силу от инерциальных воздействий:
, (47.4)
где m – коэффициент массы на метр цепи, кг/м;
– межосевое расстояние, м;
n1 – частота вращения, мин-1;
шаг цепи, м.
Полученные значения подставляем в формулу (47):
Разрушающую силу находим по ГОСТ 13568-97
Подставляем данные в формулу (46):
Предельное значение запаса прочности берем [] = 30. Сравнивая полученный результат с предельным значением, получаем что данный коэффициент запаса устраивает условиям.
4.11 Определяем давление на валы
, (48)
где окружная сила, Н;
сила воздействия веса цепи, Н;
– коэффициент нагрузки на вал (так как нагрузка спокойная).
4.12 Определяем критическую частоту вращения
, (49)
где m – коэффициент массы на метр цепи, кг/м;
– межосевое расстояние, м;
действующее максимальное
- число зубьев на ведущей звездочке.
Сравнивая критическую и действующую, видим, что условие выполняется.
4.13 Требования на сборку
а) Натяжение цепи по провисанию ведомой ветви:
, (50)
где – межосевое расстояние, мм.
б) Допуск не параллельности осей звездочек (0,1 мм на 100 мм межосевого расстояния):
0,6362 мм.
в) Допуск смещения боковых поверхностей звездочек ∆ от межосевого расстояния определим по таблице 8.
Таблица 8 «Зависимость допуска смещения от межосевого расстояния»
