Расчет цилиндрической передачи редуктора

Федеральное государственное образовательное  учреждение  
высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ  ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

     Политехнический институт

     институт

     ПиЭММ

     кафедра

 
 
 
 
 
 
 

     КУРСОВАЯ  РАБОТА

 

           Расчет цилиндрической передачи редуктора 

     тема  работы

 
 

     Пояснительная записка

 
 
 
 
 
 
 
 
 
     
Руководитель                 В. И. Кулешов
       подпись, дата        инициалы, фамилия
Студент      МТ  О7-15                       А. В. Шигина
       код (номер) группы        подпись, дата        инициалы, фамилия
 
 
 
 
 
 
 

     Красноярск  2010

 

     
 
Красноярский  государственный технический университет

Кафедра ПиЭММ

Задание на курсовой проект по деталям машин  и основам конструирования студент Шигина А.В.

Механико технологический факультет фак.                                                                                         МТ 07-15 гр.

 
Спроектировать  привод ленточного транспортера: привод состоит из электродвигателя, муфты,  соосного цилиндрического зубчатого редуктора по развернутой схеме и цепной передачи.

                Кинематическая схема привода

  

     
№ вар i j K Y Z P, kW Ω L
6 0.7 0.2 0.1 0.6 0.5 2.2 3.5 5.5
 
 

          Циклограмма нагружения

     Содержание  курсового проекта:

  1. Составление технического задания.

    2.    Разработка  технического предложения.

    3     Кинематический расчет привода.

        4.    Проектирование и расчет  передачи зацеплением.

    5.    Проектирование  и расчет выходного вала редуктора  на опорах качения.

    6.    Проектирование  и расчет передачи гибкой связью.

        7.    Проектирование редуктора.

    8.    Проектирование  корпуса редуктора (литой или  сварной вариант).

  1. Объем графической части КП:
    • сборочный чертеж привода;
    • компоновочный и сборочный чертеж редуктора;
    • чертежи деталей на листе формата А1.

     10.  Оформление пояснительной записки.

 
  Дата выдачи  
Руководитель  КП Кулешов В.И.
 

 

     

     Содержание

     1 Подбор электродвигателя 4

       1.1 Кинематическая схема привода 4

       1.2 Выбор электродвигателя 4

     2 Кинематический расчет 6

       2.1 Определение мощностей и частот вращения 6

       2.2 Определение моментов 6

     3 Расчет цилиндрической передачи(тихоходной) 8

       3.1 Выбор группы материалов 8

       3.2 Допускаемые напряжения 8

       3.3 Расчет на перегрузку 11

       3.4 Геометрический расчет цилиндрической передачи 14

       3.5 Силы в зацеплении цилиндрических передач 14

     4 Расчет цилиндрической зубчатой передачи на ЭВМ 16

       4.1 Геометрический расчет тихоходной ступени 16

       4.2 Расчет на прочность тихоходной ступени 19

       4.3 Геометрический расчет быстроходной ступени 21

       4.4 Расчет на прочность быстроходной ступени 23

     5 Расчет валов и подбор подшипников 24

       5.1 Расчет диаметров валов 24

       5.2 Представление вала и колеса в 3Д 26

       5.3 Расчетная схема тихоходного вала 27

       5.4 Циклограмма нагружения тихоходного вала 28

       5.5 Расчет подшипников на грузоподъемность и долговечность в Shaft2D. 32

       5.6 Расчет подшипников на тепловыделение 33

       5.7 Расчет шпонок на смятие (тихоходный вал) 34

     6 Проектирование привода 35

       6.1 Обоснование выбора муфты 35

       6.2 Расчет болтов крепления редуктора к раме привода 36

       6.1 Смазывание передачи и подшипников 39

     Список литературы 40

 

 

     

  1. Подбор  электродвигателя
    1. Кинематическая  схема привода

     Кинематическая  схема привода изображена на рисунке 1.1.

 

     

 

     Рисунок 1.1 – Схема привода

    1. Выбор электродвигателя

     Исходные  данные приведены в таблице 1.1

 

     Таблица 1.1

 
     
№ вар i j K Y Z P, kW Ω L
6 0.7 0.2 0.1 0.6 0.5 2.2 3.5 5.5
 

     Циклограмма нагружения на рисунке 1.2

 

    

 

     Рисунок 1.2 – Циклограмма нагружения

 

     Расчет  требуемой мощности:

 
 
 
 
 
 
 

     Выходной  момент:

 
 

     Рассчитываем  значения для четырех различных двигателей (таблица 1.2).

 
 
 

             Таблица 1.2

 
  750 1000 1500 3000
22.429 29.905 44.857 89.715
11.216 14.953 22.429 29.905
 

    Выбираем двигатель 90L2 со скоростью вращения 2840 об/мин.

  1. Кинематический  расчет
    1. Определение мощностей и частот вращения

     В таблице 2.1 приведены исходные данные для расчета.

 

           Таблица 2.1

 
     
Pвых, kW nвых, об/мин Uг.св. Uредуктора
2.2 2840 3  
 

    Начинаем  расчет от нагрузки к двигателю.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
           
    1. Определение моментов
  1. Расчет  цилиндрической передачи(тихоходной)
    1. Выбор группы материалов

     При выборе двигателя целесообразно  выбрать следующий материал -  Сталь 40ХH, улучшение-закалка ТВЧ,  HB235.

    1. Допускаемые напряжения

     Предварительное межосевое расстояние:

 
 
 

     Расчетный момент:

 
 
 

     Коэффициент долговечности:

 
 
 

     Наработка шестерни:

 
 
 

     , (рис. 4.6 Чернавский)

 

     Т.к. 

     Предварительное значение окружной скорости:

 
 
 

     Коэффициент ширины

 
 

     Коэффициент (табл.4.9 Чернавский), следовательно,

 
 
 

     Коэффициент распределения нагрузки (для прямозубых передач).

     Отношение ширины колеса к диаметру шестерни;

 
 
 

     Коэффициент концентрации:

 
 
 

     Начальный коэффициент концентрации (таб. 4.7.Чернавский),

 
 
 
 
 

     Коэффициент динамичности

 
 
 

     Тогда

 
 
 

     Допускаемое контактное напряжение (таб. 4.6 Чернавский):

 
 
 
 
 
 
 
 

     Принимаем в соответствии с единым рядом  главных параметров стандартное значение a = 125 мм;

     Ширина  колеса:

 
 
 

     Действительная  скорость:

 
 
 

     Фактическое контактное напряжение:

 
 
 

     Разница между фактическим и допускаемым  напряжениями:

 
 
 

     Результат следует считать хорошим.

     Наибольшее  допускаемое контактное напряжение:

 
 
 

     Максимальное  контактное напряжение:

 
 
 

     На  этом заканчиваются расчеты, связанные  с контактной прочностью.

    1. Расчет на перегрузку
 
 

     Модуль:

 
 
 

     Коэффициент долговечности по изгибу:

 
 
 

     Коэффициент эквивалентности по изгибу (табл. 4.1. Чернавский).

     База  изгибных напряжений

     Отсюда

     Коэффициент распределения нагрузки (т.к. передача прямозубая).

     Коэффициент концентрации:

 
 
 

     Коэффициент динамичности

     Коэффициент нагрузки:

 
 
 

     Допускаемое напряжение на изгиб:

 
 
 

     Ширина  шестерни:

 
 
 

     Принимаем

 

     Тогда

 
 
 

     Принимаем стандартный модуль:

     Следующий этап – определение чисел зубьев.

     Угол  подъема линии зуба:

 
 
 

     Суммарное число зубьев:

 
 
 

     Принимаем

     Окончательный угол подъема линии зуба:

 
 
 

     Фактический коэффициент осевого перекрытия:

 
 
 

     Число зубьев шестерни:

 
 
 

     Принимаем

     Число зубьев колеса:

 
 
 

     Фактическое передаточное число:

 
 

     Отклонение  фактического передаточного числа от заданного:

 
 
 

     Проверяем фактическое напряжение изгиба зубьев шестерни:

 
 
 

     Приведенное число зубьев:

 
 
 

     Коэффициент формы зуба

     Коэффициент наклона зуба:

 
 
 

     Таким образом напряжение изгиба:

 
 
 

     Напряжение  изгиба в зубьях колеса:

 
 
 
 
 

     Наибольшее  допускаемое напряжение изгиба:

 
 
 

     Максимальное  напряжение изгиба:

 
 

     Окончательные основные параметры редуктора:

     a = 125 мм, , , , , , , , .

    1. Геометрический расчет цилиндрической передачи

     Делительные диаметры:

 
 
 
 
 

     Проверяем условие:

 
 
 

     Диаметры вершин зубьев:

 
 
 
 
 

     Диаметры  впадин зубьев:

 
 
 
 
           
    1. Силы  в зацеплении цилиндрических передач

     Окружная  сила:

 
 

 

     

     Радиальная  сила:

 
 
 

     Нормальная  сила:

 
 

     Сила  в зацепление:

 
 
 
 

     Силы  в зацеплении цилиндрических передач показаны на рисунке 5.1.

 

     

 

     Рисунок 5.1 – Силы в зацеплении

  1. Расчет  цилиндрической зубчатой передачи на ЭВМ
    1. Геометрический  расчет тихоходной ступени в COMPAS V10 Shaft2D

     Дополнительный  расчет на ЭВМ приводиться в целях  сравнения аналитических ручных расчетов, с результатами CAD систем. Его результаты приведены на рисунках 6.1 и 6.2.

 

 

     Рисунок 6.1 - Геометрический расчет цилиндрической зубчатой передачи внешнего зацепления

 

 

     Рисунок 6.2 – Вторая часть геометрического расчета

 

     Таблица 6.1 – Сравнение результатов расчетов

 
     
  Аналити - ческий расчет Расчет на ЭВМ Погреш - ность Аналити - ческий расчет Расчет на ЭВМ Погреш - ность
Делительный диаметр, d 45 мм 45 мм 0% 205 мм 205 мм 0%
Диаметр вершин зубьев, 47,5мм 48,210 мм 1,47% 207,5 мм 206.790мм 0.342%
Диаметр впадин зубьев, 42,5 мм 42,585 мм 0.199% 202,5 мм 201,165мм 0.659%
 

 

      Вывод: При сравнении аналитического расчета с расчетом на ЭВМ (таблица 6.1) максимальная погрешность (dа) полученных значений составила 1.47%, что ниже допускаемых 4%. Это обусловлено разницей коэффициента смещения исходного контура при различных способах расчета.

     Контролируемые, измерительные параметры и параметры  качества зацепления в норме.

 

 

     

    1. Расчет  на прочность тихоходной ступени в Shaft2D

     Результаты  расчета на прочность при действии максимальной нагрузки цилиндрической зубчатой передачи внешнего зацепления приведены на рисунке 6.3.

 

 

     Рисунок 6.3 – Расчет на прочность

 

     

 

     Вывод: По результатам расчета в COMPAS V10 Shaft2D на контактную и изгибную прочность получился слишком маленький запас прочности, поэтому было предпринято решение поменять материал, а так же поменять тип обработки с улучшение-улучшение на закалку-закалку.

 

 
 
Рисунок 6.4 – Расчет на прочность  с измененной термообработкой

 

 

     

    1. Геометрический  расчет быстроходной ступени в COMPAS V10 Shaft2D

     Результаты  геометрического расчета цилиндрической зубчатой передачи внешнего зацепления второй ступени приведены на рисунке 7.1.

 

 

     Рисунок 7.1 – Геометрический расчет

 

 

     Рисунок 7.2 – Вторая часть геометрического  расчета

 

     

    1. Расчет  на прочность быстроходной ступени в Shaft2D

     Результаты  расчета на прочность при действии максимальной нагрузки цилиндрической зубчатой передачи внешнего зацепления приведены на рисунке 7.3.

 

 

     Рисунок 7.3 – Расчет на прочность

  1. Расчет  валов и подбор подшипников в  MechSoft 2004

     Для удобства сборки и разборки узла вала, замены подшипников и других насаживаемых деталей вал выполняем ступенчатым. Определяем предварительные значения диаметров различных участков стальных валов редукторов. Так как в прямозубой передаче отсутствуют осевые нагрузки, целесообразно использовать подшипники шариковые радиальные однорядные.

    1. Расчет диаметров валов

     Предварительные значения диаметров (мм) различных участков стальных валов редуктора определяют по формулам приведенных в таблицах 8.1 – 8.3:

 

     Для быстроходного (входного) вала (Рисунок 8.1)

 

     

 

     Рисунок 8.1 - Значения диаметров

 

     Диаметры  вала быстроходного:

 

     мм,

    мм,

 
 

 

    Для промежуточного вала (Рисунок 8.2)

 

     

 

     Рисунок 8.2 - Значения диаметров

 

     Диаметры вала промежуточного:

 

     мм,

    м,

 
 

     Для тихоходного вала (Рисунок 8.3)

 

     

 

     Рисунок 8.3 - Значения диаметров

 

     Диаметры  вала тихоходного:

 

     мм,

     мм,

 

    мм.

 
           
    1. Представление вала и колеса в 3Д

     На  рисунке 8.4 изображена модель вала в 3Д.

     

 

     Рисунок 8.4 – Вал тихоходный

 

     На  рисунке 8.5 изображена модель колеса в 3Д.

     

     Рисунок 8.5 – колесо

Расчет цилиндрической передачи редуктора