Расчёт привода
- Подбор электродвигателя к заданной схеме привода, если задано:
Рз = 6,6 кВт – мощность на выходном валу
з рад/с = 2,7 Угловая скорость на выходном валу
Режим работы – Т
- Определение потребной мощности для приводного электродвигателя
Рэл.дв. =
где Рз = 6,6 кВт
nобщ определяется
nобщ = nрем . nред. = nрем . (n2з.п. . nпл.)
nрем. = 0,96-0,97 [1 стр 460 табл. 14.1]
принимаем 0,96
nз.п. = 0,99-0,98 [1 —“—]
принимаем 0,98 .
nп.п. = 0,99-0,995 [1 —“—]
принимаем 0,99.
Nобщ. = 9,96 . (0,982 . 0,992) = 0,89
Рэл.дв. = = 7,41 кВт
- Подбор скорости вращения электродвигателя
nз = = = 81 об/мин.
Иобщ. = Ирем.Иред.
Ирем. = 2 - 4 [1 стр.562 табл.14.2]
принимаем 2
Из.п.ред = 3 - 5 [1 —“—]
принимаем 5
Из.п.кон. = 2 - 3 [1 —“—]
принимаем 3
Иобщ. = 2 (5 3) = 30, отсюда обороты двигателя 2430 об/мин.
Принимаем двигатель АО2-42-2 7,5 кВт 2910 об/мин.
- Расчет передач
- Определяем общее передаточное число всего привода с учетом выбора электродвигателя.
Иобщ. = = = 35,9
Разбиваем общее передаточное число по ступеням, принимая для Ирем. = 2 [1 стр.462 т.14.2]
Определяем Иред.
Иред. = = = 17,95 18.
- Проектный расчет ременной передачи.
Исходные данные:
Р = 7,5 кВт
И = 2
Nэ = 2910 об/мин
Режим работы Т.
По нормограмме [4. Рис.1] для заданных условий подходят ремни сечения А.
Технические характеристики - 11,0; - 13; То - 10,5; Sсеч. 0,81 см2; масса кг/м – 0,1; - 560-4000
= *р - *вн 33; dр не менее 90 [2 стр.263 т.9.4]
Расчетная длина 5604000 мм
min = 90 мм
- Определяем диаметры шкивов d1 min. Принимаем 125 [5. п.2.2]
Диаметр ведущего шкива d2 = И d1 = 2 125 = 250 мм. Совпадает со стандартными. Принимаем d2 = 250 мм.
- Уточняем пер отношение с учётом онкос. скольжения = 0,01
И = = = 2,02
- Определяем межосевое р-ние по формуле 9.11 [2 стр.262 гл.9]
= 0,55(d1 + d2) + То
= d1 + d2
= 0,55(125 + 250) + 10,5 = 216,75 мм
= 125 + 250 = 375 мм
Принимаем переменное значение = 300 мм
- Определяем расчетную длину ремней по формуле 9.2 [2 стр.3256 гл.9]
;
Принимаем 1250 [5. Табл.2]
- Уточняем межосевое р-ние по формуле 9.12 [2. стр.262 гл.9]
;
где Lр – расчетная длина ремня по нейтральному слою.
= (d1 + d2) = 588,7
- Для установки и замены ремней предусматривается возможность уменьшения на 2% = 6,5 мм, а для компенсации отклонений и растяжки во время эксплуатации – возможность увеличения на 5,5% = 18 мм.
- Определяем угол обхвата малого шкива по формуле 5 [4. стр.3 п.3.3.5]
L1 = 180 – 57 = 180 - 57 = 158,3
- Определяем коэффициенты: угла обхвата С* = 0,95 [4. Табл.18]
длины ремня СL = 0,92 [4. Табл.19]
режима работы Ср = 1,2 [4. Табл.1]
числа ремней СZ (предварительно Z = 3) СZ = 0,82 [4. Табл.20]
По таблице [4. Табл.6] номинальную мощность Ро для ремня сечения А расчетной длины Lр2 = 1220 мм при d1 = 125 мм, И = 2, n = 2910 об/мин, Р0 = 3.03 кВт.
- Определяем расчетную мощность
Рр = Р0 = 3,03 = 2,2
По формуле 9.14 [2. стр.267 гл.9] определяем число ремней в приводе
Z = = = 4,15
Округляем до 4.
- Натяжение каждой ветви ремня 0 по формуле 16 [4. п 3.6]
S0 =500 + mn*2,
где mn – погонная масса ремня по ГОСТ 1284.1 = 0,1 кг/м
* = [4. п 3.3.1 ф.2]
* = = 19,03 м/с
S0 =500 + 0,119,032 = 131,2 Н
- Сила, действующая на валы
Рn = 2 S0Z = 2 = 1028,6 Н
- Рабочий ресурс клиноременной передачи [6. п 1.2.11]
Но = оц = 4,66 = 13800
Ресурс передачи с ремнями 1 класса, имеющими оц 4,6 не соответствует т.3.
Переходим на ремни III класса.
Но = 7106 = 21000. Соответствует т.3.
- Для d1 и d2 назначаем шкив тип Б [7. п 1 черт.5]
Основные размеры шкивов:
Для d1: наружный диаметр dе = dр + 2в [7. ф.2]
dр = d1 = 125 мм
в = 4 мм [7. Табл.2]
dе = 125 + 8 = 133 мм.
Ширина шкива М1 = (n – 1) е + 2
n = 4 (количество ремней)
е = 15
* = 10 [7. Табл.2]
М = (4 – 1) 15 + 20 = 65 мм
Ширина ступицы L = 70 мм =* для электродвигателя АО-2-42.
Для d2 : наружный диаметр dе = 250 + 8 = 258 мм
Ширина шкива Ми = М1 = 65 мм
Ширину ступицы принимаем * = 82 мм [8. Прил.1]
- Проектный расчет редуктора
- По ТЗ принимаем:
а) первая ступень прямозубая
вторая ступень косозубая
б) корпус литой
в) смазка погружением колес в масляную ванну.
2) Пер. отношение между ступенями, учитывая смазку погружением в ванну. Т.к. редуктор соосный, межосевое расстояние обеих ступеней одинаковы. По условиям выбранной системы смазки диаметр колеса тихоходной ступени должен быть несколько большим, чем у быстроходной. Поэтому принимаем И2 И1, а именно И2 = 5, И1 = И/И2 = 18/5 = 3,6.
3) Назначаем материал зубчатых
колес: так как к габаритам
и весу нет повышенных
Т.О. для колес: улучшение НВ2 235-262,
σВ= 85 кг/мм2 σТ =55 кг/мм2; (σВ=850 МПа σТ=550МПа)
Для шестерни улучшения НВ 269-302 σВ=90 кг/мм2
σТ= 75 кг/мм2; (σВ=900 МПа σТ=750МПа)
Т.к. шестерня второй ступени наиболее нагружена назначим для зубьев азотирование HRC 55-67 26-30
4) Определяем допускаемые напряжения
По таблице 8.9
для шестерни I ступени 2270+70=610 МПа
для шестерни II ступени 1050 МПа
Коэффициент безопасности для колёс и шестерни
I ступени SH=1,1 для шестерни II ступени SH=1,2
Число циклов напряжений для II ступени по формуле 8.65
при с=1
Для 270 НВ (среднее)
По таблице
По формуле 8,64
При сравнении NHЕ и NHG, очевидно, что для колеса второй ступени NHG.
Т.к. все другие колеса вращаются быстрее, то аналогичным расчетам получим и для них
Допускаемые контактные напряжения для второй ступени определяем по материалу колеса, как наиболее слабому по формуле
Для шестерни I ступени
Для шестерни II ступени
Допускаемое контактное напряжение для III ступени, у которой
принимаем 1,25
Допускаемые напряжения изгиба: для колёс обеих ступеней
Для шестерни I ступени
Для шестерни II ступени
Определяем
Для колёс
Для шестерни I ступени
Для шестерни II ступени
Допускаемые напряжения при кратковременной перегрузке.
Предельные контактные напряжения для колес обеих ступеней
Для шестерни I ступени
Для шестерни II ступени
Предельные напряжения изгиба для обоих колес
Для шестерни I ступени = 2,74270 = 740 МПа
Дл шестерни II ступени = 1000 МПа
- Крутящие моменты: на входном валу
1 = 1/30 n1 =
1 = 3,14 1455/30 = 152,29 с-1
На промежуточном валу
На выходном валу редуктора
- Вначале рассчитаем вторую косозубую пару редуктора, как наиболее нагруженную.
Предварительный расчет высчитываем по формуле
по рекомендации таблицы
;
По редуктору 40 округляем до 200.
принимаем 30
Модуль
принимаем 2
суммарное число зубьев
Число зубьев шестерни ;
Принимаем 33 Zmin = 17
Число зубьев колеса
Фактическое передаточное число
при этом
Делительные диаметры шестерни и колеса
- Проверочный расчет на усталость по контактным напряжениям
Частота вращения колеса второй ступени
Окружная скорость
Назначаем 9 ступень точности
sin2α
- Выполняем проверочный расчет по напряжениям изгиба
[1а формулы 8,32 стр 150]
При х = 0 находим для шестерни = 3,9
для колеса = 3,52
Рас чет выполняем по колесу с меньшим
Расчет выполняем по колесу
Принимаем
Проверочный расчет на заданную перегрузку
К = 1,5- 4,0 принимаем 1,5
Максимальное напряжение изгиба
Условия прочности соблюдаются.
Расчет первой прямозубой пары.
Т.к. редуктор соосный 1 = 2
1 = 0,5(*2 + *1)
(*2 + *1) = 400 мм
87+313=400
Соосность соблюдена.
Для определения ширины колес используем формулу межосевого расстояния, решив ее относительно
Принимаем =30
Принимаем 3.
Сумма
Принимаем 29 z min 17
Фактическое передаточное число
Проверочный расчет на усталость по контактным напряжениям
Частота вращения колеса I ступени =
Окружная скорость
Назначаем в степень точности
Проверочный расчет по напряжениям изгиба
Х = 0
Расчет выполняем по колесу
[1а формулы 8,19 стр 140]
Расчет на заданную перегрузку
Тmin = 1,5 167,6 = 251,4
Максимальное напряжение изгиба
Условия прочности соблюдаются.
Результаты расчетов сводим в таблицу, при этом ширину шестерней назначаем
+ 3 10 мм относительно 2
|
Параметр |
Ступень редуктора | |||
I |
II | |||
Межосевое расстояние |
1, мм |
200 |
200 | |
Ширина колеса |
2 , мм |
80 |
60 | |
Ширина шестерни |
в1, мм |
83 |
63 | |
Модуль нормальный |
mn, мм |
3 |
2 | |
Угол наклона |
0 |
7о27’36” | ||
Число зубьев шестерни |
Z1 |
29 |
33 | |
Число зубьев колеса |
Z2 |
105 |
167 | |
Делительный диаметр шестерни |
*1, мм |
87 |
66 | |
Делительный диаметр колеса |
*2, мм |
313 |
334 | |
Разработка чертежа редуктора
- Диаметры ступеней входного вала
* меньше посадочного отверстия шкива = 40 мм
Принимаем *1 = 30 мм.
Принимаем диаметр под уплотнение *2 = 45 мм. Высота заплечика 2,5 мм обеспечит упор торца ступицы шкива по соосной торцевой поверхности.
Диаметр вала под подшипник принимаем равным диаметру под уплотнение *2 = *3 = 45 мм. Свободный проход по шейке *2 обеспечим за счет разности допусков (
Выбираем тип опор с фиксацией перемещения вала в одну сторону.
Принимаем шарикоподшипник «309» средней узкой серии * = 45 мм, D = 100мм, В = 25 мм, = 2,5.
Диаметр заплечика *4 = 54 мм
Шестерню, согласно рекомендациям, изготовим за одно целое с валом.
Наружный диаметр шестерни ** = *1 + 2min (1 + х)
** = 87 + 6 = 93 мм
Диаметр окружности впадин зубьев
** = * -2min (1,25 – х)
** = 87 – 6 1,25 = 79,5 мм.
Инструменту обеспечен свободный выход.
- Длины участков входного вала.
Зазор между колесом и внутренней стеной корпуса 0,6, где - толщина стенки в нижней части корпуса
Тm*x = 2Тном. = 2821 = 1642 Нм
Принимаем = 8 мм
= 0,6 = 4,8 мм. Принимаем = 5 мм
Размер гнезда подшипника
L = + k1 + (35) мм
k1 = 3*2 = 3 12 = 36 мм
*2 = 0,8*1 диаметр стяжного болта.
Принимаем болты М16.
*2 = 0,8*1 = 12,8
Принимаем болты М12.
L = 8 + 36 + 3 = 47 мм
Крышки гнезд подшипников – накладные.
Толщина фланца h1 = 10 мм
Толщина прокладок 1 1,5-2 мм Принимаем 1 - 1,5.
Между торцом ступицы шкива и крышкой зазор h = 6 10 мм. Принимаем 10 мм.
Длина L2 шейки вала с нормальным диаметром 45 мм. С учетом неровностей и возможной неточности положения литой стенки подшипник следует отодвинуть от края на 2 = 36 мм. Принимаем 2 - 5.
L2 = L + 1 + h1 - 2 = 47 + 1,5 + 10 – 5 = 53,5 мм. Принимаем 55 мм.
Длину L1 принимаем 110 мм, в которую входит участок под ступицу шкива. L1' = 82 мм и резьбовый конец 28 мм с М 30х2
*4 определяем из чертежа.
*4 = 10 мм
- Выходной вал с опорами и колесом.
По крутящему моменту на выходном валу предположительно будет использована муфта МУВП-60, посадочный диаметр 60 мм.
Диаметр под подшипник и уплотнение принимаем 65 мм.
Принимаем с обоих концов вала одинаковые подшипники «313» средней узкой серии.
* = 65 мм; D = 140 мм; В = 33 мм; N = 3,5 мм; *3 = 65 мм
Т.к. крепление подшипников на валах не требуется (используем распорную втулку), принимаем 3 = 5 мм, ширину буртика *8 = 3 + 2 = 10 мм
Длина шейки *7 = *кол
*кол = в2 = 60
*/*3 = 60/63 = 0,95 в рекомендуемых пределах
Длины участков выходного вала
*6 = Впотм. = 33 мм
Длина L2 шейки вала с нормальным диаметром 65 мм.
L2 = L + + h1 + 2 = 47 + 1,5 + 10 + 5 = 63,5 64 мм
Длину L2 принимаем равной длине ступицы муфты 85 мм
Центровка за счет прессовой посадки и прижиму ступицы к буртику вала.
* – проверяем по условию передачи крутящего момента. Назначим посадку
Проверка возможности передачи момента посадкой.
Минимальный натяг min = 41 мкм
расчетный натяг р = min – 4 = 41 – 19 = 22 мкм = 0,022 мм
u = 1,2 (k21 + k22) = 1,2 (6 + 10) = 19 мкм
Класс шероховатости: вала - 7 (k2 = 6)
Ступицы - 6 (k22 = 10)
Давление на поверхности посадки
Е1 = Е2 = 21103 кг/мм2
Возможный крутящий момент посадки.
Запас сцепления К = Тп/Т2 = 1428/821 = 1,7 [К] = 35
Требуется усиление посадки. Назначаем шпонку, в = 20 мм, h = 12 мм
[см] = 150 МПа для посадки с натягом.
С учетом закругления концов шпонки * = *р + в = 27 + 20 = 47 мм
Назначаем * = 56 мм
Длина ступицы достаточна для шпонки.
- Разработка промежуточного вала.
Для унификации подшипников входного и промежуточного валов принимаем *9 = *3 и назначаем подшипники 309.
Диаметр *11 принимаем 56 мм (*ш – 10). Шестерню изготовим за одно целое с валом.
Наружный диаметр шестерни *а = *1 + 2mn(1 + х) = 66 + 22 = 7 мм.
Диаметр окружности впадин зубьев
*а = *1 - 2mn(1,25 - х) = 66 - 221,25 = 61 мм
Зубы шестерни будут изготовлены с частичным погружением в тело вала.
- Длины участков промежуточного вала
**1пр = в1 = 63 мм
**2пр = в2 = 80 мм
**3пр = + 2 + + в = 5 + 5 + 1,5 + 25 = 36,5
*4пр = + 2 = 10 мм
*5пр = 25 мм
Длину участка *11 с = мм получим из чертежа.
Центровка колеса за счет прессовой посадки и прижиму к буртику вала dII.
Проверка по условию передачи крутящего момента. Назначим посадку .
Проверка возможности передачи момента посадкой
минимальный натяг min = 31 мм
расчетный натяг р = min – u =31 – 19 = 12 мкм = 0,012 мм
u = 1,2(k21 + k22) = 1,2 (6 + 10) = 19 мкм
Класс шероховатости:
вала 7 (k2 = 6)
ступицы 10 (k2 = 10)
Давление на поверхности посадки
Е1 = Е2 = 21103 кг/мм2
С1 = 1 – = 0,7
*2 = 1,8* = 1,856 = 100,8 мм
Возможный момент передаваемый посадкой:
Запас сцепления
К = Тп/Тпр = 918/167,6 = 5,4 [К] = 35. Шпонка не требуется.
- Расчет валов
- Расчет входного вала
Т = 47,5 Им
n = 1455 mun-1
ширина шестерни 83 мм
d4 = 87 мм (z = 105, mn = 3 мм)
= 0
- Конструкция вала
dш = 79,5 мм *ш = 83 мм
dn = 35 мм *n = 21 мм
dшк = 40 мм = 58 мм + упл. = 90 мм
* = 125 мм * = в = 62,5 мм е = 110 мм
- Допускаемая радиальная нагрузка
Fm = 250 = 250 = 1723 Н
- Силы в зацеплении
Ft = 2Т/d = 247,5103/87 = 1092 Н
F* = Ftt* = 0
Fr = Ftt* = 10920,39 = 431,5 Н
- Реакции в опорах. Эторы
Fr = А1 + В1
В1/ = Fr*/2
В1 = Fr/2 = 431,5/2 = 215,75 Н
А1 = Fr – В1 = 431,5 – 215,75 = 215,75 Н
Чертежи
А2 + В2 = Ft - Fm ; В * = F */2 - Fr(с + *)
В2 = F1/2 - Fm(с/ * + 1) = 1092/2 – 1723(110/125 + 1) = -2693,2 Н
А2 = Ft - Fm – В2 = 1092 – 1723 + 2693,2 = 2062,2 Н
Напряжение изгиба
н = М/(0,1d3) = 41000/(0,179,53) = 8,1 МПа
Напряжение кручения
t = Т/(0,279,53) = 47,5 103/(0,279,53) = 0,47МПа
материал вала ст 40х улучшенная
в = 900 МПа
8 = 750 МПа
-1 = 0,4 = 0,4 900 = 360 МПа
t-1 = 0,2 = 0,2900 = 180 МПа
tв = 0,6= 0,6900 = 540 МПа
= 1
= 1 [1а стр.300 т.15.1]
= 0,61
= 0,9 = 0,15 = 0,01 = 0
=
=
Для второго сечения изгибающий момент
М Fмс = 1723110 = 19104 Н мм
Т = 47,5103 Н мм
= 19104/(0,1353) = 44,3 МПа
t = 47,5103/(0,2353) = 5,5 МПа
Принимаем r гаптели 2 мм r/d = 0,05
= 2,0 = 1,43 = 0,8 = 0,9
Второе сечение напряженно больше.
- Статическая прочность при перегрузках . При перегрузках напряжения удваиваются.
t=11мПа
- Проверка щестности вала . На прогиб под шестерней.
D=55 мм
Прогиб в вертикальной плоскости _______ Pr
Прогиб в горизонтальной плоскости от сил Ft и Fm
Допускается прогиб
Суммарный прогиб
По условиям работы и конструкции опасным является поворот в опоре В.
Угол поворота в вертикальной плоскости от силы Fr
Угол поворота в горизонтальной плоскости от сил Ft и FM
Суммарный угол поворота
Условия щетности для входного вала соблюдены
Расчет выходного вала
- T=821Н.м
N=81 мин-1
В шестерни=60 мм
D шестерни=334 мм ___________ β=8°
Материалы ст 40х
- Конструкция вала
d м=67мм
d n=65 мм
d м=60 мм
l=145 мм α=в=72,5 мм с=108 мм
- Допускается радиальная нагрузка
- Силы в зацеплении
- Реакция в опорах _________
Чертежи
Сумма моментов
Реакции от FM Ft (FM увеличивает прогиб от Ft)
- Для сечения I.
Напряжение изгиба
Напряжение кручения
мПа
мПа
мПа
Для второго сечения изгибающий
момент
мПа
мПа
Принимаем радиус гаптели 1 мм r/d=0,015
Больше напряжено I сечение
- Статическая прочность при перегрузках.
напряжение удваивается.
- Проверка жесткости вала
По условиям работы опасным является прогиб под шестерней
Средний диаметр на участке l=67 мм
Прогиб в вертикальной плоскости от силы Fr
От Mα прогиб равен нулю
Прогиб в горизонтальной плоскости от сил FM и Ft
Суммарный прогиб
По условиям работы и конструкции опасным является поворот в опоре В
Угол поворота в вертикальной плоскости от силы Fr
Угол поворота в горизонтальной плоскости от сил Ft и FM
Суммарный угол поворота
Условия плоскости соблюдены
- T=167,6 Н.м
n=42,47 с-1
в шестерни 1=80 мм
d шестерни 1=313 мм
в шестерни 2=63 мм
d шестерни 2=66 мм β=8°
материал сталь 40х улучшение
=700 мПа
- Конструкция вала
α=74 мм в=152 мм с=61 мм l=288 мм
- Допускается радиальная нагрузка
- Силы в зацеплении
- Реакция в опорах. Эшоры.
- Для сечения I
Напряжение изгиба
Напряжение кручения
мПа
мПа
мПа
при r/d=0.04
Для сечения II
Напряжение изгиба
r гаптели =1 мм
Больше напряжено сечение I
- Статическая прочность при перегрузках.
Напряжение удваивается
- Проверка жесткости вала
По условиям работы опасным является прогиб под колесом
Средний d=56 мм
Прогиб в горизонтальной плоскости от сил
Прогиб в вертикальной плоскости от сил
Суммарный прогиб
Угол поворота в вертикальной плоскости
Суммарный угол поворота
Условия жесткости валов соблюдены
Проверочный расчет (подбор) подшипников.
Расчет подшипников входного вала.
№ 309
* = 45 мм; D = 100 мм; В = 25 мм;
r=2,5 мм; С=3780 кг=37044 Н;
Реакции опор
Проверка левой опоры как наиболее нагруженной
проверка статической грузоподъемности
Расчет подшипников промежуточного вала.
Реакции опор
Проверка левой опоры как наиболее нагруженной
С=0,22
V=1
Проверка статической грузоподъемности
Расчет подшипников выходного вала
№313
* = 65 мм; D = 140 мм; В = 33 мм;
r=3,5 мм; С=7270 кг=71246 Н;
Реакции опор
Проверка правой опоры как наиболее загруженной
С=0,19
V=1
Проверка статической грузоподъемности
Со пасп.
Корпус редуктора
Материал – СИ-15
Толщина стенки - 8 мм
Размер бобышки подшипника 309:
D = 1,25d + 10 = 1,25100 + 10 = 135 мм
313: D = 1,25d + 10 = 1,25140 + 10 = 185
фланца = d = 12 мм [2 стр.417 ф.14.7]
толщина стенки крышки корпуса кр. = 0,9d = 7,2 мм [2 ф.14.4]
ширина фланца кр. = d + 1,25d = 34,2 мм 35 мм
диаметр фундаментального болта 16 мм.
Толщина лапы фундаментального болта ф = 1,5dф = 24 мм
Число фундаментальных болтов zф = 4
Толщина уха у основания у = 2,5кр = 2,57,2 = 18 мм
Высота центров валов Но = 1,06 = 212 мм
Уклон дна 1:100
Сопряжение элементов корпуса r 2 мм (0,25)
Диаметр стяжного болта 12 мм
Диаметр ценовки – 22 мм
Глубина – 1,5 мм
Диаметр отверстия под стяжной болт – 13 мм
Диаметр отверстия под фундаментальный болт – 19 мм
Глубина завинчивания стяжного болта – 18 мм
Глубина сверления – 30 мм
Лапа редуктора
ф = 1,5dф = 24
Расстояние от края лапы до центра отверстия фундаментального
болта = dф = 16
Расстояние от центра отверстия до начала переходного клина 1,25d = 20
пер (переходного клина)
пер = (m*x - min) /2 min = 8 [1а стр.418 ф.14.14]
пер = (24 – 8) / 2 = 8 - min